等离子技术的概念及应用

1、等离子的概念及其应用（一）等离子的概念如果温度不断升高，气体又会怎样变化呢？科学家告诉我们，这时构成分子的原子发生分裂，形成为独立的原子， 如氮分子会分裂成两个氮原子，我们称这种过程为气体中分子的离解。如果再进一步升高温度， 原子中的电子就会从原子中剥离出来， 成为带正电荷的原 子核和带负电荷的电子，这个过程称为原子的电离。 当电离过程频繁发生，使电子和离子的 浓度达到一定的数值时，物质的状态也就起了根本的变化， 它的性质也变得与气体完全不同。 为区别于固体、液体和气体这三种状态，我们称物质的这种状态为 物质的第四态，又起名叫rAi J 心 °（二）特点等离子态下的物质具有类似于气态

2、的性质，比如良好的 流动性和扩散性。但是，由于等离子体的基本组成粒子是离子和电子，因此它也具有许多区别于气态的性质，比如良好的 导电性、导热性。特别的，根据科学计算，等离子体的 比热容与温度成正比，高温下等离子体 的比热容往往是气体的数百倍。（三）用途等离子体的用途非常广泛。从我们的日常生活到工业、农业、环保、军事、医学、宇航、能源、天体等方面，它都有非常重要的应用价值。（1）切割机在工业上的应用有等离子 切割机，等离子切割配合不同的工作气体可以切割各种氧气切 割难以切割的金属，尤其是对于有色金属（不锈钢、铝、铜、钛、镍）切割效果更佳；其主 要优点在于切割厚度不大的金属的时候，等离子切割速度快

3、，尤其在切割普通碳素钢薄板时,速度可达氧切割法的 56倍、切割面光洁、热变形小、几乎没有热影响区。焊机离子弧是离子气被电离产生咼温离子气流，从喷嘴细孔中喷出，经压缩形成细长的弧柱，其温度可达1，咼于常规的自由电弧，如：氩弧焊仅达5000-8000K。由于等离子弧具有弧柱细长，能量密度高的特点，因而在焊接领域有着广泛的应用。等离子焊机具有以下明显特点：1. 高效高质量的等离子焊接工艺方法，利用等离子电弧良好的小孔穿透的能力，在保证单面焊双面成型的同时，尽量提高焊接速度，是TIG焊接效率的57倍。2. 采用等离子与TIG复合焊，等离子打底，TIG盖面，可以更加有效提高焊接质量和效率。TIG焊的自由

4、电弧有良好的履盖能力，再配合上适量的填充金属重熔，达到正 面成形美观的效果，是单枪等离子焊接效率的1.3-1.5倍。3. 主要针对薄壁310mm不锈钢板、钛合金板等材料容器的纵环缝焊接。4. 对于壁厚8mm以下不锈钢板、壁厚10mm以下钛合金板不开坡口可实现单面焊双面 成型。（3）显示屏和电视等离子彩电PDP （ Plasma Display Pan el）是在两张超薄的玻璃板之间注入混合气体， 并施加电压利用荧光粉发光成像的设备。薄玻璃板之间充填混合气体，施加电压使之产生离子气体，然后使等离子气体放电，与基板中的荧光体发生反应，产生彩色影像。等离子彩电又称壁挂式电视”，不受磁力和磁场影响，具

5、有机身纤薄、重量轻、屏幕大、色彩鲜艳、画 面清晰、亮度高、失真度小、节省空间等优点。等离子是采用近几年来高速发展的等离子平面屏幕技术的新一代显示设备，二十一世纪以来市场上销售的产品有两种类型，一种是等离子显示屏，另一种是等离子电视，两者在本质上没有太大的区别，唯一的区别是有没有内置电视接收调谐器。这是一种利用气体放电的显示技术，其工作原理与日光灯很相似。它采用了等离子管 作为发光元件，屏幕上每一个等离子管对应一个像素，屏幕以玻璃作为基板， 基板间隔一定距离，四周经气密性封接形成一个个放电空间。放电空间内充入氖、 氙等混合惰性气体作为工作媒质。在两块玻璃基板的内侧面上涂有金属氧化物导电薄膜作激励

6、电极。当向电极上加入电压，放电空间内的混合气体便发生等离子体放电现象。气体等离子体放电产生 紫外线，紫外线激发荧光屏，荧光屏发射出可见光，显现出图像。当使用涂有三原色（也称三基色）荧 光粉的荧光屏时，紫外线激发荧光屏，荧光屏发出的光则呈红、绿、蓝三原色。当每一原色 单元实现256级灰度后再进行混色，便实现彩色显示。等离子体显示器技术按其工作方式可 分为电极与气体直接接触的直流型PDP和电极上覆盖介质层的交流型PDP两大类。二一世纪研究开发的彩色 PDP的类型主要有三种：单基板式（又称表面放电式）交流PDP、双式（又称对向放电式）交流 PDP和脉冲存储直流 PDP。等离子（PDP）电视与传统的C

7、RT电视机相比，PDP电视机的最突出特点就是大而薄”，其他的特点还表现在：1. 薄而轻的结构。由于 PDP显示模块配身具有薄而轻的特点，决定了显示屏在总体上相应的结构特征，同时显示尺寸的增大也不需要相应地增大屏体的厚度。2. 宽视角。PDP可以做到和CRT同样宽的视角，上下左右大于160度。而液晶（LCD） 在水平方向视角一般为 120度左，垂直方向则更少。3. 防电磁干扰。由于显示原理的差别，来自外界的电磁干扰，如马达、扬声器等，对PDP的图像几乎没有影响。相比之下，CRT受电磁场的干扰要明显得多。4. 纯平的图像无扭曲。 PDP的RGB栅格在平面上呈均匀分布，而在纯平 CRT中内表面非平的

8、，会造成典型的枕形失真。并且当画面的局部亮度不均匀时，CRT往往还会产生相应的图像扭曲失真，而 PDP就不有这种现象。(4) 隐形飞机等离子体另一个重要应用是一些特殊的化学元素形成一个宏观温度并不高，但电子温度可达到摄氏几万度的低温等离子体，这时，物质间会发生特殊的化学反应，因此可用来研制新的材料.如在钻头等工具上涂上一层薄薄的 氮化钛来提高工具的强度、制造太阳能电池、 在飞机的表面上涂一层专门吸收雷达波的材料可躲避雷达的跟踪(即隐形飞机)这些被称为等离子体薄膜技术。(5) 手术系统等离子体”技术，是以特定超低频率lOOKhz电能激发介质(Nacl)产生等离子体，等离子体中的高速带电粒子直接打

9、断分子键，使蛋白质等组织裂解汽化成H2,O2,CO2,N2和甲烷等低分子量气体。普通高频500-4000KHZ可改变电场下，粒子一方面无法获得足够的加速时间，处于往 复的震荡状态；另一方面高频下加剧的分子摩擦会产生较强的热效应，且频率越高产热越多。但100KHZ低频稳定电场下，粒子则会获得更长的加速时间，最终形成带有更大动能 的高速带电粒子，直接打断分子键。此外因频率低，较之高频大大降低了分子间的摩擦产热， 使切割、消融和止血等过程都在40C 70C内完成，从而实现微创效应。电外科设备经历了电刀”一普通射频”一等离子体射频”，由低向高的发展阶段。等离子体”技术用直接的 汽化”工作方式彻底改变了

10、传统 射频”的热能”工作方式， 40C 70C的组织汽化替代了传统 切割”、止血”等过程中上百度高温对组织的灼伤破坏作 用，大大降低了手术过程中的创伤。等离子体”技术在临床治疗中产生的微创效应正是未来医学发展的趋势。(6)跑跑卡丁车相关车型等离子FT:加速器上升速度少量增加。加速器持续时间少量减少。等离子FXT :竞速赛中道具槽+1，集气速度大幅增加，加速时间一定程度上减少。等离子PT:加速器上升速度少量减少。加速器持续时间少量增加。等离子PXT :加速时间大幅增加，集气速度一定程度上减少。等离子PT SR:加速器上升速度少量减少，加速器持续时间大幅增加。等离子PT SR-T:加速器上升速度少

11、量减少，加速器持续时间大幅增加。(该赛车仅能通过“3天登录任务”获得。)等离子SR:加速时间大幅增加，集气速度一定程度上减少。竞速赛中有变形效果等离子EXT :加速器上升速度少量增加。加速器持续时间少量减少。竞速赛中有变形效果其它另外，还可用等离子体脱掉烟尘中的硫、用等离子体照射种子来提高农作物的产量、 研制大屏幕的等离子体电视机、研制等离子体火箭发动机到火星等遥远的宇宙去旅行 等离子体的应用举不胜举。还有，等离子在医学手术治疗方面也受到重视。譬如2011年来受大众欢迎的等离子低温消融手术-用来治疗鼻炎，咽炎，打鼾等疾病。等离子低温消融手术的原理是使电极和组 织间形成等离子薄层， 层中离子被电

12、场加速， 并将能量传递给组织， 在低温下（40 C 70C） 打开细胞间分子结合键，使靶组织中的细胞分解为 碳水化合物 和氧化物造成病变组织液化消 融，称为等离子（不是热效应），从而达到靶组织体积减容的效果。等离子炮：科幻作品里，设想了一种先利用激光把用重氢加热到百万度的高温，使之变成等离子态，再利用电磁技术，将这团带电的粒子包裹成球状”并发射出去摧毁目标的武器。由于等离子不稳定的性质，等离子武器比任何已知的武器系统都要来得危险，所以在许多科幻作品里，等离子炮都是以超级武器的姿态出现。等离子武器射出的炮弹，其威力可以媲美小型的太阳爆发。这股破坏性的能量甚至 比毁灭者还要强大。等离子已经出了自己

13、看看威力多惊人！在许多游戏中，等离子武器因其巨大的杀伤力和不稳定的特性而成为终极武器，而德国知名网游Ogame作为这类游戏的代表，将等离子武器做为了终极防御兵器，以下我们将通过从虚拟的游戏到现实生活，去了解这种武器。激光技术目前已经趋向完美，离子技术也将到达它的终点站，这些现存的武器系统似乎再也没有改进的余地。但是人们想到了一个主意： 也就是把两种系统合而为一。 激光被用来把重氢加热到百万度的高温，再利用研发离子技术所获得的电磁场知识，来包裹这团可怕的等离子团。这青蓝色的等离子球在飞往目标的途中看起来是如此的赏心悦目，但是在太空船上的船员看来，这看来温和的等离子团代表的是毁灭与死亡。等离子武器被看作是最可怕的武器，当然这项技术的代价也是高昂的（四）关于等离子的争论点产生磁场的必备条件是电荷的变化或者电荷的运动，这个是麦克斯韦电磁场理论的最基本的定理，所以如果说等离子自己能够产生磁场影响其他离子的运动，就不需要附加电压点火了，这不相当于能量是无限的，不就是永动机了吗，这就违反了能量守恒定律；所以等离子的点火的关键步骤还是附加的电场才对，离子在电场的作用下