電漿技術介紹

       日常生活中最常接觸到的電漿是太陽、日光燈、霓虹燈及閃電等,人們對電漿的普遍認知是一團會發光的東西。所謂電漿乃是一種由電子、正負電荷離子、中性氣體分子和自由基所組成,在正常的情況下呈電中性之物質,所以大陸地區的科學家稱之為等「等離子體」,即取其帶正電荷的離子數目與帶負電荷(大多是電子)數目相等之意。而物理學上電漿(Plasma)一詞始於1920年代Langmuir對氣體放電之研究,這是人工產生電漿最簡單的方式。電漿態是繼氣、液、固物質三態外所發現物質存在的第四態,就整個宇宙來說,物質以電漿存在的比例最高 。

       電漿乃是一種遭受部份離子化的氣體(Partially ionized gas)。藉著在兩個相對應的金屬電極板(Electrodes)上施以電壓,電子受到電場的加速而獲得動能,在運動的過程中碰撞到其他的原子或分子而將能量傳遞過去,因為電子遠較氣體分子或原子為小,因此,碰撞的結果並不是增加氣體的動能,而是提高其位能,如果能量夠高,甚至會造成電子跳離原子,再產生一個離子與電子,以氬氣的離子化反應為例,可表示如下式:

e- + Ar -> Ar+ + 2e-

產生的兩個電子再經電場加速,獲得足夠的能量已進行下一次的解離,於是由一顆電子產生兩顆,兩顆到四顆,如此以等比級數增加,最後造成全面性的解離崩潰,而產生穩定的電漿,其示意如圖一。

 

常見的電漿解離其反應主要有以下幾種方式:
(1) 分子分解(Molecular dissociation)
e- + A2 -> 2 A + e-
(2) 原子電離(Atomic ionization)
e- + A -> A+ + 2e-
(3) 分子電離(Molecular dissociation)
e- + A2 -> A2+ + 2e-
(4) 原子激發(Atomic excitation)
e- + A -> A* + e-
(5) 分子激發(Molecular excitation)
e- + A2 -> A2* + e-

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