等离子体技术（精选十篇）
等离子体技术 篇1
以聚乙烯 (PE) 和聚丙烯 (PP) 为主的聚烯烃为例, 目前世界上年产量高达7600余万吨, 占合成树脂及塑料总产量的47%, 居世界合成树脂产量的首位, 已成为世界上最重要、应用最广泛的合成高分子材料。但因其极性小、表面能低, 是一类难粘材料, 在印刷、涂复、粘合、复合等方面均有界面粘合性差的问题, 并难于用常规化学方法改性。利用高效、简便、气氛可调、低成本和环境友好的大气压放电等离子体技术, 在可控处理条件下, 在聚烯烃分子链上引入极性基团或功能性基团, 从而改善与金属、非金属材料和填料的相容性, 是大品种聚烯烃改性的简便、高效、增容的新途径。
聚甲醛 (POM) 是以[-CH2-O-]为主链, 无支化、高熔点、高密度、高结晶热塑性的工程塑料, 具有很高的强度和刚度、表面坚硬、尺寸稳定性好、优秀的耐蠕变性、耐疲劳性、固有润滑性、耐磨损性和耐化学药品性等, 是工程塑料中最接近金属的品种, 可用以代替铜、铝、锌等有色金属及合金制品。其产量位居五大工程塑料中的第三位, 仅次于聚酰胺 (PA) 和聚碳酸酯 (PC) 。POM填充、共混是改善其性能, 实现材料高性能化、功能化的重要手段, 但POM分子链规整无极性, 分子链上没有可反应的基团, 且处于较高的结晶化状态, 同其它物质间相容性较差, 采用一般的方法在其大分子上接枝反应性官能团易引起树脂的过度分解, 因此POM是最难实现合金化的树脂。采用常压低温等离子体技术对POM进行表面改性, 通过在其分子链上引入极性基团或功能性基团, 改善POM同各种添加剂及其它聚合物的界面相容性、分散性, 大幅度提高界面粘合强度和力学强度, 从而提高材料的整体性能, 实现高性能化和功能化。等离子体是一种含有离子、电子、自由基、激发的分子和原子的电离气体, 常用于高分子合成、界面反应的是低温等离子体, 其气态离子、分子温度和环境温度相同, 约102K, 电子温度较高, 约104-105K。当等离子体撞击材料表面时, 其中的电子、离子、原子、分子将自身能量传递给材料表层分子, 与材料表面相互作用, 产生表面反应, 使表面发生物理化学变化而实现表面改性。相对于化学方法和射线辐照方法, 采用大气压下放电等离子体技术用于高分子材料改性具有如下特点:
1) 反应温度低, 可避免聚合物表面损伤。
2) 避免了刻蚀、溶剂和温度, 它们是其它技术应用的局限性。
3) 根据材料性能特点, 采用不同的气体介质, 等离子体可参与或不参与材料表面化学反应, 即非反应型和反应型等离子体技术, 对材料最终表面化学结构和性质提供了更可控制性, 具有更高效率。
4) 可采用各种气体组合, 提供丰富的化学反应活性物质并具有较高的反应活性, 所得表面化学强列依赖于等离子体所用气体和剂量, 可显著提高PE、PP等表面能, 产生更润湿的表面。
5) 等离子体表面接枝是仅限于表面几个纳米深度的变化, 而不会影响材料本体性质, 可实现表面功能化。
6) 可保持材料表面长期的润湿性、稳定性, 减少表面分子降解和亲水退化效应。
7) 可对高分子材料实现等离子聚合、接枝和表面改性。
等离子体技术实现以上特点将会使高聚合物材料得到广阔的新应用。而且等离子体技术以极快的速度向新的应用领域渗透。如等离子体灭菌、室内空气净化、处置危险废物等等。这必将确立该技术在国民经济建设中的重要地位与作用。
联系人:孟月东
单位:中国科学院合肥物质科学研究院院地合作处
等离子体表面处理技术 篇2
前言：随着高科技产业的讯速发展，各种工艺对使用产品的技术要求越来越高。等离子表面处理技术的出现，不仅改进了产品性能、提高了生产效率，更随着高科技产业的迅猛发展，各种工艺对使用产品的技术要求也越来越高。这种材料表面处理技术是目前材料科学的前沿领域，利用它在一些表面性能差和价格便宜的基材表面形成合金层，取代昂贵的整体合金，节约贵金属和战略材料，从而大幅度降低成本。正是这种广泛的应用领域和巨大的发展空间使等离子表面处理技术迅速在国外发达国家发展起来。
一、等离子体表面改性的原理
等离子，即物质的第四态，是由部分电子被剥夺后的原子以及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气状物质。它的能量范围比气态、液态、固态物质都高，存在具有一定能量分布的电子、离子和中性粒子，在与材料表面的撞击时会将自己的能量传递给材料表面的分子和原子，产生一系列物理和化学过程。其作用在物体表面可以实现物体的超洁净清洗、物体表面活化、蚀刻、精整以及等离子表面涂覆。
二、等离子体表面处理技术的应用
1、在工艺产业方面的应用 1）、在测量被处理材料的表面张力
表面张力测定是用来评估材料表面是否能够获得良好的油墨附着力或者粘接附着品质的重要手段。为了能够评估等离子处理是否有效的改善了表面状态，或者为了寻求最佳的等离子表面处理工艺参数，通常通过测量表面能的方式来测定表面，比如使用Plasmatreat 测试墨水。最主要的表面测定方式包括测试墨水，接触角测量以及动态测量 评价表面状态
低表面能, 低于 28 mN/m
良好的表面附着能力，高表面能
2）预处理 – Openair® 等离子技术，对表面进行清洗、活化和涂层处理的高技术表面处理工艺
常压等离子处理是最有效的对表面进行清洗、活化和涂层的处理工艺之一，可以用于处理各种材料，包括塑料、金属或者玻璃等等。
使用Openair® 等离子技术进行表面清洗，可以清除表面上的脱模剂和添加剂等，而其活化过程，则可以确保后续的粘接工艺和涂装工艺等的品质，对于涂层处理而言，则可以进一步改善复合物的表面特性。使用这种等离子技术，可以根据特定的工艺需求，高效地对材料进行表面预处理。
使用等离子技术 清洗玻璃
在后续加工过程前 活化聚丙烯材料
使用等离子聚合工艺 进行表面涂层处理
2、等离子表面改性技术在工业上的应用
1）等离子渗碳
该工艺是目前渗碳领域中较先进的工艺技术,是快速、优质、低能耗及无污染的新工艺。等离子渗碳具有高浓度渗碳、高渗层渗碳以及对于烧结件和不锈件钢等进行渗碳的能力。渗碳速度快,渗层碳浓度和深度容易控制,渗层致密性好。渗剂的渗碳效率高,渗碳件表面不产生脱碳层,无晶界氧化,表面清洁光亮,畸变小。处理后的工件耐磨性和疲劳强度均比常规渗碳高。2）等离子束气缸内壁硬化处理
利用高能量密度的等离子束对原来无法进行常规处理的内燃机气缸内壁进行超快速加热熔凝淬火,形成细密的白口及马氏体高硬度组织,大幅度提高气缸内壁的耐磨性。原机械部规定,未经处理的成品,优等品缸套台架试验寿命为5kh,而经过等离子内表面硬化的缸套寿命高达9kh。3）等离子渗金属
在低真空下,利用辉光放电即低温等离子轰击的方法,可使工件表面渗人金属元素。如渗 AI、Mo、W、Ti等,还可以进行多种元素的复合渗和表面合金化处理,可获得更好的表面性能。如10钢等离子渗后再渗W的3~4倍,耐蚀性是只渗的一倍碳素钢经等离子渗后再,表面硬度达1600HV左右。4）等离子多元渗硼
用高能等离子束在常压下快扫描涂敷多元渗硼膏剂的钢管内表面,可实现多元渗硼及自激冷淬火,获得多元渗硼 淬火复合硬化层。检测结果表明,硬化层具有较高的硬度及合理 的硬度梯度,耐磨性及 耐蚀性有显著提高。5）等离子渗氮
该工艺在模具上的应用已很普遍,如钢压铸模、钢压延模、钢冷挤压模、钢热锻模经离子渗氮处理后的寿命一般可提高2~4倍
3、在医用高分子领域的作用 1)增强抗菌性
随着生物医学的飞速发展，每年都有大量的人工器官或部件植入人体,但半数以上的植入物有感染,死亡率在50%～60%。特别是人工瓣膜心内膜炎，对于瓣膜置换的病人往往是一个灾难性的后果。以往预防生物材料感染为中心的研究集中于细菌污染、细菌的毒力、侵入途径、病人的抵抗力等方面。近来一些研究表明，引起这种感染的初始动因就是细菌粘附在材料表面。表皮葡萄球菌是最常见和最严重的人工心脏瓣膜感染致病菌。研究人员发现以氩等离子体对医用硅橡胶反复进行处理，可明显降低细菌的粘附和生长。西南交通大学黄楠等人在不同工作条件下，使用乙炔对人工心瓣膜用聚对苯二甲酸乙二醇酯进行等离子体浸没离子束沉积，提高材料表面的亲水性,对改性后的材料，做细菌的动态粘附实验,结果表明其抗细菌粘附能力有显著的提高。2)改善细胞亲和性
随着高分子科学的迅速发展，人们逐渐将高分子材料用来修复人体的器官或组织。三维可降解组织工程支架的研究是目前生物材料研究的热点之一,但是目前所使用的大多数组织工程医用高分子材料属于生物“惰性”材料，不能为种子细胞的附着和生长提供良好的生物界面。为了使材料具有良好的细胞亲和性, 需对材料进行表面改性。与其它表面改性方法相比，等离子体法既能较容易地在材料表面引入特定的官能团或其它高分子链,还可避免因加工而使支架材料表面改性效果降低或丧失的优点。国内外曾有多个课题组研究了不同气体等离子体对医用高分子材料表面细胞亲和性的影响。实验表明，各种含氮等离子体（气态酰胺,胺基化合物及氨气）处理后，能在材料表面引入氨基，促进了细胞的粘附和生长，同时材料表面氨基的数量和密度对于细胞的粘附有重要影响。但是简单的等离子体表面处理只能在短时间内赋予材料一定的细胞相容性，由于等离子体处理效果的时效性，在材料表面引入的功能基团会逐渐向表面内运动和翻转。为了获得持久的表面改性效果，大多采用等离子体聚合和等离子体接枝对医用高分子材料进行表面修饰。此外近来也有课题组采用等离子体化学气相沉积对医用高分子材料进行表面修饰以提高材料的细胞亲和性。3)提高抗凝血性能
对于应用于临床的生物医用材料来说，材料的抗凝血性能十分重要，而对于植入体内与血液相接触的医用材料来说，其抗凝血性能更是至关重要，很多医用材料就是因为抗凝血性的不足，而限制了其在临床及生物医学领域的应用。从第一代血液相容性生物医用材料问世，至今已逾40年，但目前仍没有能完全符合临床要求的抗凝血医用材料。近些年来国内外的一些研究小组开始尝试利用等离子体技术对医用高分子材料表面进行改性，期望在保持材料原有的优异的力学机械性能的基础上，赋予材料良好的抗凝血性能。如采用等离子体表面磺酸化技术在高分子材料表面引入了磺酸基，从而提高了材料的抗凝血性能；利用等离子体技术实现肝素在医用高分子材料表面高活性的固定；将等离子体技术与紫外接枝联用，在医用高分子材料表面固定具有抗凝血性能的生物大分子。4)等离子体灭菌
现代医疗卫生在为人类健康做出贡献的同时,也因致病微生物在公众场所的集中性、易传播性为人类带来了一定的隐患。在对抗病菌的战斗中,杀菌消毒方法始终是一个重要研究内容。低温等离子体杀菌消毒技术有一定的特点: 与高压蒸汽灭菌、干热灭菌相比,灭菌时间短；与化学灭菌相比, 操作温度低；能够广泛应用于多种材料和物品的灭菌；产生的各种活性粒子能够在数毫秒内消失,所以无需通风,不会对操作人员构成伤害,安全可靠。当然，等离子体方法所导致的材料表面化学性质的变化也使得该方法具有一定的复杂性。通过等离子体照射医用高分子材料, 往往可以将材料的前期处理和杀菌消毒一步实现, 为人工脏器移植、组织材料培养提供了新的方案。5)形成阻隔膜
大量实验表明聚合物中的增塑剂、填充剂、抗氧化剂、引发剂和残余单体会对人体造成危害。采用等离子体聚合或等离子体接枝可在医用高分子表面形成一层阻隔膜，从而降低有害物质的渗透性，阻止聚合物中低分子量添加剂的泄漏。国外一些研究者以此制备出抗渗漏型生物材料，通过等离子体聚合膜成功地降低了二辛酞酸酯(增塑剂)从聚氯乙烯中渗到血液中的量，采用四甲基二硅氧烷等离子体聚合物镀膜也可阻止聚氯乙烯管的浸出物。通过等离子体聚合在高分子微胶囊表面形成阻隔膜，以形成的聚合膜作为一道限速屏障，可以控制药物释放速度。相当于在微胶囊表面加上一件外衣，但不会影响材料本身的性能。
等离子体技术助燃航空事业 篇3
等离子体在航空动力上，可以有效地提高燃烧稳定性和燃烧效率，且能极大改善航空发动机压气机增压比升高后的工作稳定性；而在飞机气动力上，等离子体可以减少飞机阻力，增加升力，提高战机的失速攻角和机动性。
2011年5月12日，我国首个等离子体动力学国家级实验室在空军工程大学挂牌成立。说到等离子体与航空的关系，流传最广的就是所谓的“俄罗斯战机使用等离子体隐身”这一说法，除此之外，即使是热爱军事的朋友，对这方面的了解也比较有限，等离子体距离我们的生活实在是太遥远了。究竟什么是等离子体，除了“战机隐身”，它在航空航天领域又有哪些应用呢？
据空军工程大学何立明教授介绍，等离子体是一种非固态、非液态、非气态物质，而是属于电离状态的物质第四态，在宏观上呈电中性，其运动主要受电磁力的支配，并表现出显著的集体行为。目前，在航空领域的等离子体研究主要集中在隐身和空气动力两个方面。
记者了解到，曾有报道称，等离子体在航空动力上，可以有效地提高燃烧稳定性和燃烧效率，且能极大改善航空发动机压气机增压比升高后的工作稳定性；而在飞机气动力上，等离子体可以减少飞机阻力，增加升力，提高战机的失速攻角和机动性。例如在航空发动机上，风扇、压气机是航空涡扇发动机的核心部件，提高发动机的推重比，增加压气机的增压比是有效方法之一，随之带来的问题则是压气机出口面积急剧缩小、效率严重降低，而通过在压气机的特定位置上布置等离子体激励装置，则会有效改善压气机内气体的流动效果，降低分离损失。
美国、前苏联等军事强国上世纪60年代便开始了等离子体研究，近年来，俄罗斯在等离子体技术研究上屡获突破性进展，遥遥领先于其他国家。但在同时期，我国此方面的研究几乎为零。随着现代和未来新技术战机对飞机总体性能的要求不断提高，等离子体技术的不断发展和它在航空领域中所表现出的不可比拟的诸多优势，使其成为各国技术攻关的核心焦点，吸引了大批科研人员的目光，何立明也在其中。
2002年以来，何立明带领团队，在国内开始了发动机尾喷口等离子体红外隐身技术以及备受关注的等离子体强化燃烧技术研究，为推动我国航空航天事业的发展作出了重要贡献。
过去：起步晚 待突破
据了解，等离子体强化燃烧技术包括等离子体点火和助燃技术两方面。早在20世纪70年代，等离子点火技术就引起了各国专家的广泛关注，但由于当时的技术条件限制，其研究仅限于工业燃烧方面。“近年来，随着燃烧动力学和其他高科技的发展，等离子体点火与助燃技术逐渐受到航空航天动力界的重视。”何立明说，“等离子体点火的高温、射流和化学效应以及等离子体助燃所产生的化学、温升和气动效应能显著提高火焰的传播速度、强化在燃烧室内的燃烧过程，对提高航空发动机在恶劣条件下（空中再次起动）的起动可靠性，提高燃烧性能，增强燃烧的稳定性和减少对大气环境的污染具有重要作用和意义。”
记者了解到，2005年，美国将等离子体动力学列为美国空军未来几十年内保持技术领先地位的六大基础领域之一，同时美国空军推进系统研究实验室还将等离子体助燃列为未来先进发动机技术之一，而俄罗斯也开展了大量实验室原理实验。有报道称，俄罗斯和美国等航空发达国家已经研制出等离子体点火器，并在航空发动机上进行了高空点火试验。
何立明表示，国内等离子体点火与助燃方面的研究工作始于20世纪80年代，主要集中在燃煤设备（电站锅炉）的启动和助燃应用。一些高校、科研院所和锅炉制造厂等相继投入大量人力和财力，研究开发燃煤锅炉等离子点火和稳燃技术，并进行了数值模拟以及一些原理性的实验研究。自2007年起，空军工程大学才在国家自然科学基金及其他相关项目的资助下，结合重点实验室建设，开始探索等离子体点火与助燃的机理，建立了实验系统并进行相关实验研究。
何立明说：“我国等离子体点火与助燃研究起步比其他国家晚，技术基础也比较薄弱，特别是等离子体点火与助燃技术在航空发动机燃烧室中应用的关键技术还有待进一步突破。可以预见的是，如果突破了这个关键技术，将会为解决制约航空装备发展的瓶颈问题提供重要的基础支持，并能从根本上提升我国航空等离子体研究的创新能力。”
现在：缩短差距
等离子体点火具有等离子体射流核心温度高等技术优势，点火能量大、火舌穿透力强，可显著提高点火可靠性，缩短点火延迟时间，特别是有可能取消加力燃烧室的火焰稳定器，进而显著缩短加力燃烧室的长度，提高发动机推重比。但目前我国在等离子体强化燃烧技术研究方面，仍然面临诸多困难和挑战。比如，如何使燃烧室的工作范围足够大，在高温、低温或者高空小表速情况下也能可靠点火、稳定燃烧；如何在缩短激励燃烧长度的同时，能保证可靠点火、稳定燃烧，还能保证等离子体点火驱动电源和助燃激励电源的小型、轻型化和工作的可靠性等等，这些都是当下需要着重考虑的问题。
据悉，我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要》已经将磁流体和等离子体动力学列为“面向国家重大战略需求的基础研究”中的“航空航天重大力学问题。”“当务之急是要加强对等离子体技术的研究，努力缩短与发达国家之间的差距，并学习国外的先进技术，尽快实现等离子体技术在我国航空航天领域中的应用。”何立明说，“航空等离子体动力学国家级实验室的成立，很好地证明了国家对等离子体技术在航空领域应用研究的重视，科研人员应好好把握此次机会，推动我国等离子体技术在航空领域的快速发展。”
作为等离子体强化燃烧技术研究课题组组长，何立明带领团队在国家的资助下，开展了一系列研究：如进行了在燃烧室中产生等离子体的条件、机理、方法的理论分析、参数控制及实验测试方法的研究，等离子体助燃效果计算、等离子体点火与助燃过程的数值仿真和影响因素分析，建立并完善了等离子体点火与助燃实验系统，设计了原理性实验的等离子体点火器，进行了点火特性实验，为等离子体强化燃烧研究奠定了初步基础。
不仅如此，何立明课题组还设计了原理性实验的等离子体助燃激励器，并进行了激励特性，激励器几何参数、激励参数优化，助燃特性实验和助燃效果分析，获取了一批重要的一手资料。在理论分析的基础上，课题组建立了等离子体点火与助燃条件下的燃烧室三维流场数值计算模型，计算、分析了等离子体点火与助燃的机理和参数变化对等离子体点火与助燃的影响规律。为开展基础性实验研究，研制出了用于航空发动机燃烧室的验证性等离子体点火驱动电源、点火器和助燃激励器，为进行航空发动机燃烧室实验件的地面和高空模拟验证实验奠定了技术基础。
近年来，何立明课题组以等离子体动力学、燃烧学和飞机推进系统原理为理论基础，围绕提高航空发动机动力装置燃烧室的点火可靠性，扩大稳定燃烧范围，开展等离子体强化燃烧技术研究，极大地推动了国家重点学科“航空宇航推进理论与工程”的建设和发展。2005年，以课题组成果为重要支撑的“建设特色鲜明学科专业培养新型军事航空工程人才”教学成果荣获国家教学成果二等奖；2006年，《航空燃气涡轮发动机原理》网络课程获全军优秀网络课程一等奖；2007年，《飞机推进系统原理》课程教材获得国防工业出版社“优秀图书”二等奖，2008年，此课程被评为国家精品课程。
“我们所取得的这些成果和奖励都有力地说明，经过一批科研人员的共同努力和近几年的大力建设和发展，我国等离子体技术的研究队伍和平台已初步建立。而国家级实验室的成立，更是推进我国在航空动力发展领域实现理论和技术创新的重要举措，也为国内相关领域发展学术研究和交流活动提供了共享平台。接下来我们要做的是开展更为深入的研究，突破目前仍然存在的瓶颈，拓宽我国等离子体技术在航空领域的发展局面。”何立明表示。
未来：争做后起之秀
一直以来，美国、俄罗斯等技术发达国家对航空等离子体动力学与技术研究十分重视，在这方面的投入也是大手笔，目前他们已经取得了一批具有重大影响和作用的成果。在国外，激光冲击强化、强流脉冲离子注等技术已经在工业上得以应用，且产生了巨大的军事、经济效益。不仅如此，这些国家的等离子体点火、低速等离子体流动控制技术已经完成试飞。而国内只有激光冲击强化实现实际应用，等离子体点火实现地面应用，其他技术只进行到原理研究或实验室验证阶段。
何立明说：“目前看来，我国与发达国家之间确实存在不小差距，但要想成为后起之秀也不是不可能，这需要有上至国家，下至科研院所、高校的支持和共同努力。去年等离子体动力学国家级重点实验室在空军工程大学挂牌成立，足以显示我国已经进入航空动力、飞行器气动力研究的前沿领域。未来，我国应大力发展航空等离子体动力学与技术研究，从而为航空装备研制和维修提供重要的技术支撑。”
我们相信，随着我国在等离子体动力学研究上的不断深入，中国在研制大推重比先进航空发动机的技术积累方面，将会更为深厚，从而也会为先进战机、航天飞行器等装备的发展奠定坚实基础。
火花等离子体放电制备粉末技术 篇4
特殊环境和特殊性能的要求促进了材料制备技术的发展,粉末在结构材料和功能材料中得到了广泛应用,粉末制备技术取得了快速发展。在探索新型的制粉工艺过程中,经过80多年的发展,火花等离子体放电制备超细粉体已经成为一种重要的粉末制备方法[1,2]。该方法制备的粉末具有球形度好、无坩埚熔化、原位快速淬火、粉末细小等特点。火花等离子体放电已经用于多种材料粉末的制备——纯金属、合金、化合物、半导体和陶瓷[3,4],其中包括WC、TiC、W-Co等[5,6,7]硬质材料,Mn-Al-C、Ni-Fe-Co、Fe-B-Nd、Ni-Mn-Ga、Fe-Ga等[8,9,10,11]磁性材料,Ni、Ag、Ti等[12]金属材料,CuAl2、Ti3Au、AgTi、AgZr、MoU等金属间化合物,不锈钢、高温合金等合金[13,14,15]。在国外,美国材料和电化学研究(Materials and electrochemical research,MER)公司利用火花等离子体放电法制得的粉末具有优良的烧结性能和特殊的物理性能[16]。在国内,葛昌纯首次提出利用该技术来制备高温合金粉末和纳米铁粉,取得了显著的效果,可制备纯净度基本保持母合金水平、无坩埚污染的粉末高温合金细粉。本文将介绍火花等离子体放电制备粉末的机理、制粉装置、影响因素以及火花等离子放电制备高温合金粉末的现状。
1 火花等离子体放电制备粉体的机理
根据大量实验资料分析[17],火花等离子体放电制备粉体的物理过程非常短暂且复杂,每次火花等离子体放电的微观过程是电动力、电磁力、热动力以及流体动力等综合作用的过程,大致可分为4个基本物理过程,分别是极间介质击穿及放电通道形成、热膨胀过程中能量的转换与传递、电极材料抛出和极间介质消电离。具体过程如图1所示[13],图1中,1为正极,2为从正极上熔化并抛出金属的区域,3为放电通道,4为气泡,5为在负极上熔化并抛出金属的区域,6为负极,7为在介质中凝固的微粒,8为电介质。
火花等离子体放电制备球形粉的形成机理如图2所示,包括等离子体通道的形成、电极熔化、液态金属蒸发、液滴冷却、球形粉形成5个过程[18,19]。具体来说,当两个电极在电介质液体中靠近时,连接脉冲电源,当电场强度在两个电极间足够高时,将产生放电。当电场强度施加后,在10ns内形成直径为5～10μm的等离子通道。假定电子发射来源于阴极,伴随着在空隙中的其他电子的能量获得来源于电场和同时电子离化液态电介质分子,这将导致产生更多的电子和正离子而形成等离子体柱。等离子体柱中的粒子所处的温度估计超过104K[20],温度通过电极依赖于电子和离子转移到阳极和阴极的动能的转移。当脉冲小于1μs时,电极发生熔化,压力增加,等离子通道将压力施加于电极的表面,电极暴露在过高的温度和压力中,电极中局部热区的温度上升超过金属的熔点。当电压脉冲放电结束时,压力迅速下降,过热区域沸腾,导致金属液滴的喷射和蒸发的材料进入电介质中,伴随着液滴的冷却或凝固和蒸发材料的冷却,快速冷却完成,粉末原位淬火,从而形成球形粉末。一般来说,熔化成液滴的材料形成较粗的颗粒,蒸发的材料形成较细的颗粒。
2 火花等离子体放电制备粉末的装置
由于制备粉末的材料和制备条件不同,火花等离子体放电制备粉末的装置有很多。火花等离子体放电制备制备粉末的装置大体上分为3部分,分别为两个电极的固定装置、电介质的盛装装置和电源系统。
电极的固定装置就其本质结构归纳起来有以下4种典型的结构,如图3所示[14,21,22]。图3(a)是最初制备粉末的装置原型,电极放电间距固定,一个电极固定,另一个电极通过步进电机来回移动。图3(b)与图3(a)不同的是与步进电机相连的电极在来回移动的同时按一定速度旋转,目的是有利于粉末从电极表面脱落。图3(c)和图3(b)不同的是两个固定电极都具有旋转功能,图3(c)有利于两个电极表面粉末的脱落。为了提高制粉效率,Ackermann等[21]发明了图3(d)所示的SP(Shaker pot)装置,该装置就是典型的粗粉制备细粉的装置。
根据不同的粉末制备条件,火花等离子体放电制备超细粉体主要有两种形式,一种是非反应制粉,另一种是反应制粉。对于非反应制粉,主要是电极材料不与电介质反应,一般来说,根据火花等离子体放电制备粉末所用的电介质不同,活性高的材料(如稀土金属),以液氩、液氮等低温惰性介质作制备粉末的电介质,采用杜瓦装置系统,粉末处理在充满氩气的手套箱中进行;活性低的材料,可采用水、有机液体(酒精、十二烷、煤油)、液氨水、硅油等电介质。对于反应制粉,主要是电极材料和液态电介质在制粉过程中发生反应生成所需要的粉末或者两种不同材料的电极反应制备化合物粉末,对于前一种情况,典型的如以有机液体为电介质制备Ta、W、Ti、Fe的碳化物粉末,以水为电介质制备氧化物粉末;对于后一种情况,如以石墨为一个电极,另一电极为Ti、Zr、W中的一种材料,制备相应的碳化物粉末[3]。
火花等离子体放电制备粉末所用的电源是脉冲电源,按产生脉冲电源的发生器不同又分为晶体管型脉冲发生器(也称EDM(Electric discharge machining)电源)和弛张振荡器[23]。晶体管型的脉冲电源的优点是频率、振幅、长度、工作周期可调,参数之间相互独立;缺点是电阻空载限制了放电电流,高能量的输入大部分被电阻所耗散掉,因此峰值电流较低,价格昂贵。弛张振荡器的优点是结构简单,经济,能提供高的峰值电流;缺点是各参数之间相互作用。一般来说,粉末制备机理研究常用EDM电源,批量生产的粉末常用弛张振荡器脉冲电源。
3 粉末形态和成分的影响因素
火花等离子体放电制备的粉末形态有非晶粉末、晶体粉末、实心粉末和空心粉末。影响粉末形态和成分的因素有很多,而且比较复杂,归纳起来主要有制粉的脉冲参数和电介质的种类。
3.1 制粉的脉冲参数
3.1.1 电流密度
电流密度影响电极材料的表面状态,即电流密度越高,放电能量聚集就越多,熔化和蒸发的材料的量也就越多。另一方面,电极的直径越小,在形核和生长过程中冷却效果越好,原因是在瞬间颗粒的产量非常少。因此,在小直径电极中交换能量非常小,颗粒聚集被减小。在这种条件下冷却液的温度不容易升高,颗粒的形核和生长将被限制,容易制备纳米粉,故电流密度与峰值电流Ip和脉冲持续时间TON相关。因为放电等离子体引起的凹坑的面积和深度主要由这两个参数决定。从式(1)可以看出,脉冲持续时间TON对电流密度的影响比峰值电流Ip更重要。
undefined; α<β (1)
式中:J为电流密度,Ip为峰值电流,TON为脉冲持续时间,α和β为常数。
3.1.2 放电电压
Philip等[24]根据模拟结果给出了式(2)。由式(2)可知,U正比于能量密度,但是反比于ne。电压增高,将减小电子轰击率,然而电压太高,将导致轰击能量太低,使材料的蒸发量比例降低。电压太低,电流变大,制备的颗粒变大。
undefined
式中:U为电压,ρH为能量密度,ne为电子数,mi为颗粒的质量,yi为颗粒的百分数,ye为颗粒的百分数
3.1.3 单次脉冲能量
电火花单次脉冲能量由式(3)给出[25]。由于V(t)在电极材料和工作液条件固定时几乎不变,因此,对于矩形波脉冲电源,输出电流越大,放电间隙中的电流I(t)越大,如果假定脉冲宽度相同,则单个脉冲的电火花能量就越大,形成放电通道后的爆炸力就越强,对于火花等离子体放电蚀除下来的粉末材料液滴的冲击力就越强,液滴形成颗粒时尺寸小。反之,如果输出电流越小,则液滴形成颗粒时尺寸的均匀性越差,容易形成大的颗粒。
undefined
式中:W为脉冲能量,I(t)和V(t)分别为放电间隙中随时间而变化的电流和电压。
3.2 电介质种类
火花等离子体放电制备粉末的特点是原位淬火,最高可到109K/s,因此高的淬火速度更适合产生纳米粉和非晶粉,这也是火花等离子体在国外粉末制备技术中得到重视和发展的重要原因之一。同时,颗粒直径也与淬火速度有关,淬火速度大小为:液氩<液氮<水溶液<碳氢化合物,由此可见,碳氢化合物作电介质比较容易制得非晶粉末。其中,低温液态(液氩和液氮)有最低的淬火速度,即便如此,对于直径为20～30μm的颗粒,淬火速度可达到5×105 K/s。
不难理解在低温液态惰性电介质下制备的物质纯度高。但与其他常温电介质相比,低温液态惰性电介质下制备的粉末表面较粗糙,会出现较小粒子的团聚和烧结现象,粉末越细,这种现象越明显,这是因为大量的蒸气鞘降低了热导率,出现过热现象。特别值得注意的是,如果电介质选为低温惰性介质,那么对于相同的材料当选用液氩作电介质时会制得实心粉,而选用液氮作电介质时会制得空心粉,如Berkowitz等[26]选用液氮作电介质制得了空心球形粉末。图4为3种材料制得的粉末的截面扫描电镜图(Ⅰ是液氩介质,Ⅱ是液氮介质)。从图4可以明显看出,液氮电介质容易制得空心粉,这种粉末具有优异的磁学性能。Janowski等[27]提出了形成空心粉的3种机理,分别为袋式机理(Bagging)、密度梯度机理(Density gradient)和低温固溶机理(Cryogen solubility)。袋式机理指出熔化的液滴能自己形成气泡,其中包含蒸发的低温介质或更小的颗粒;密度梯度机理指出熔化的液滴最初是在表面凝固,因此完全凝固将留下一个小的中心空洞,原因是中心液滴的密度小于其固体的密度;低温固溶机理指出蒸发的低温介质有可能高温固溶在熔化液滴中,低温凝固后会导致气体进入颗粒中。从以上可以看出,合理选择电介质种类对于粉末的形态和成分都十分重要。
4 火花等离子体放电制备高温合金粉末
20世纪90年代国外开始利用火花等离子体放电制备高温合金粉末,在国内,葛昌纯首次提出利用火花等离子放电制备高温合金粉末,并取得了显著的效果。采用火花等离子体放电将高温合金棒材、板材和粗粉制成细粉,制备出纯净度基本保持母合金水平、无坩埚污染的粉末高温合金细粉。图5是火花等离子体放电制备高温合金粉末的形貌,其细粉(<50μm)收得率高,可以达到85%以上,高于氩气雾化和等离子旋转电极。研究了火花等离子体放电制备洁净高温合金细粉过程中固、液、气、等离子体4相态的能量交换过程、汽化凝固过程、结晶过程的机理,通过实验和物理数学模型相结合的方法获得了等离子体参数对粉末的粒度分布和制粉效率的关系以及各种因素之间的关联特性[28,29,30,31,32,33]。
5 结语
等离子体技术在废水处理中的应用 篇5
等离子体技术在废水处理中的应用
低温等离子体的特点在于通过放电产生的电子温度远远高于系统中其他重粒子的温度.根据这一特点,阐述了低温等离子体技术处理废水的基本原理,研究了低温等离子体对废水的`处理技术,分析了低温等离子体与废水的作用过程及其机理,介绍了低温等离子体技术的国内外研究现状,最后探讨了该技术在废水处理中的应用前景及其存在的问题.
作 者：朱元右 作者单位：南京工程学院机械工程系,江苏,南京,211100刊 名：工业水处理 ISTIC PKU英文刊名：INDUSTRIAL WATER TREATMENT年，卷(期)：24(9)分类号：X703.1关键词：等离子体技术 低温等离子体 废水处理
等离子体技术 篇6
关键词：等离子体；小麦；种子处理；探索与推广
中图分类号 S121 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）14-0047-03
Abstract：In order to further improve the wheat yield per mu，wheat seed was processed using plasma technology by the introduction of plasma treatment equipment.The final test results showed that the effect on the wheat yield increasing was obvious with the plasma treatment technology. The study provides a reference for the further application of the technology.
Key words：Plasma technology；Wheat；Seed treatment；Exploration and application
我国是世界上人口最多的国家，所以粮食问题关系到国家的安全。虽然我国粮食产量已连续12a增长，但中国粮食产量持续增长的基础并不牢固，总体上仍产不足需。未来要提高粮食的生产能力，关键是依靠科技，提高单产[1-3]。
等离子体种子处理技术是一项农业物理技术，农作物在播种前用等离子体机对种子进行处理，种子表面的细菌在等离子体能量刺激和臭氧的强氧化下被杀死，从而使农作物达到显著增产。采用等离子体低能量处理，作用时间较短，种子没有发生变异，农作物生物特性没有变化。在农作物播种前5～12d用等离子体种子处理机对种子进行处理，其种植、管理方法与常规相同，不额外增加生产成本[4-6]。
目前，等离子体处理技术在小麦生产中还没有进行大面积的试验示范与应用，所以通过对小麦种子进行等离子体处理技术的研究与试验，对于推动该技术扩大应用领域、提高粮食产量具有重要的作用。因此，本文针对等离子体处理技术在小麦种子上的应用，通过引进等离子体处理机、选定试验示范点、设置对比试验、规范化种植与管理，再通过最终的实际测产，对比研究等离子体处理技术在小麦实际生产中的适用性与实际增产效果，评价其推广应用价值。
1 小麦种子等离子体处理
引进大连博事等离子体有限公司生产的5DL-2型等离子体种子处理机进行种子处理，同时委托常州中科常泰等离子体科技有限公司生产的HD-2N型等离子体种子处理机代加工试验种子。
试验示范基地：张家港市塘桥镇滩里村示范基地和张家港市乐余镇永乐村示范基地共2个。小麦生产工艺流程为：清选种子—等离子体处理机处理—拌种—播种—田间管理—机械化收割。
1.1 小麦种子处理 试验用小麦种子选择该基地常用的扬麦16号，用等离子体处理机处理，如表1所示。
1.2 小麦种子发芽试验 把上述经过等离子体处理过的种子分别各选2组、每组50粒进行室内发芽试验，测定其发芽率。
从表2可以看出，B1大连博事等离子体有限公司生产的5DL-2型处理机1.7A处理2次的小麦种子发芽率最高，达到93%；而A1经HD-2N型处理机1.7A处理2次的小麦种子发芽率最低，仅有79%。
为了降低试验复杂程度，增加试验可对比性，综合考虑试验基地实际生产情况，选择A1、B1、C进行田间试验。
1.3 试验点田间播种 田间播种时，3种类型的种子以同样的拌种方式、播量进行播种。其中，乐余镇永乐村试验点采用机器条播和机器撒播方式，每hm2播量187.5kg；塘桥镇滩里村试验点采用机条播和人工撒播方式，每hm2播量225kg（见表3、表4）。
1.4 小麦田间生长情况 小麦播种之后，各个田块均按相同管理方式、植保方法进行田间管理。其中，乐余镇永乐村试验点的单株小麦分蘖数如图1所示。
从图1可以看出，13号田块经5DL-2型等离子机处理的小麦种子机条播作业下的单株分蘖数最多，而11号田块经HD-2N型处理机处理的小麦种子机条播作业下的单株分蘖数最少。该测定结果与发芽率试验结果吻合。
1.5 小麦测产 为比较各田块的理论产量，在乐余镇永乐村试验点6块试验田中，每个试验田各选2个测点，每个测点选取1m2区域测量有效穗数。然后，在每个测点再选择10穴小麦，分别测量各试验田的每穴穗数、每穗总粒数及每穗实粒数、穗长等，计算出6块田各自的平均穗长、每穗平均粒数、每穗平均实粒数、结实率、千粒重等，最后计算各田块理论产量。
从表5、表6可以看出，11田块的有效穗数最少，与单株分蘖数测点结果相吻合。但11田块的每穗粒数与千粒重明显高于其他田块，说明11田块单株小麦的长势优于其他。可以看出，同样播种方式下，经过等离子体机处理过的小麦理论产量均高于未经等离子体机处理的小麦，尤其是经HD-2N型等离子体机处理的小麦，机条播作业下同比增产12.85%。
田间实际测产分别在乐余镇永乐村试验点与塘桥镇滩里村试验点进行。测定时，用联合收割机分别在各试验田进行收获作业，然后测定作业面积、收割机夹带损失率以及小麦杂质率，计算出各田块的实际产量。最后再以12.5%的含水率折算出各田块的实际产量。
`从表6与表7可以看出，同一播种方式下，除14号和6号田块略有减产外，其余田块的产量均有增加，且机械化条播作业后小麦的增产更为明显，与理论测产结果相吻合，也从侧面说明机械撒播与人工撒播的播种方式逊于机械化条播。
综合以上试验结果可以看出，经HD-2N型等离子体机处理的小麦，机械化条播作业下，虽然其有效穗数减少，但其每穗粒数与千粒重增加明显，单株小麦长势优于未经等离子体技术处理的小麦，整体增产效果明显，2个试验点分别同比增产8.78%和6.32%。
2 结语
本文通过引进等离子体种子处理设备对小麦种子进行等离子体技术处理，并通过田间实际试验说明，在不增加种植成本和种植面积的情况下，该技术对小麦增产效果明显，进一步验证了该技术对小麦实际生产的适用性，为等离子体处理技术在小麦生产中的进一步推广与应用提供参考。
参考文献
[1]于亚学，吕雪松，李富娟，等.等离子体种子处理技术的推广应用[J].农业开发与装备，2011（1）：19-20.
[2]李学慧，曹阳，胡铁军，等.等离子体电磁处理大豆种子生物效应研究[J].稀有金属，2003，27（5）：655-656.
[3]邵长勇，方宪法，唐欣，等.冷等离子体处理对大葱种子发芽特性的影响[J].农业机械学报，2013，44（6）：201-205.
[4]遇荣，许文成.等离子体种子处理技术的试验及应用[J].农业科技与装备，2009（2）：96-97.
[5]张波，邵汉良.冷等离子体技术装备在作物种子改良中的应用研究[J].农机化研究，2014（7）：211-215.
[6]方向前，赵洪祥，包君善，等.等离子体处理种子对烟草生物学性状、产量及品质的影响[J].江苏农业科学，2010（1）：104-105.
等离子体种子处理技术的有益尝试 篇7
爱辉区位于黑龙江省北部小兴安岭北端, 这里山清水秀, 资源丰富, 生态环境优良, 素有“大豆之乡”的美誉。全区现有耕地170多万亩, 农业生产以大豆为主, 其中大豆面积132万亩左右, 占总耕地面积的77.6%, 小麦19.8万亩左右, 玉米、马铃薯、亚麻、杂粮及蔬菜等面积相对较少。然而, 频发的自然灾害和病虫草害常常给农业生产带来巨大的损失, 使我区现有的种植业面临十分严峻的形势。
二、制约我区种植业发展的主要原因
近年来, 我区农业生产受恶劣气候因素影响较大, 农田基础设施不完善, 无法抵御高温、干旱、低温、内涝、早霜等自然灾害的侵袭。长期干旱, 地下水位降低, 黑土退化, 土质沙化;严重低温、内涝使农作物生长受阻, 水分携带大量的养分流失, 土壤肥力下降, 中低产田的面积不断增加。据统计, 我区中低产田面积目前已达到68.74万亩, 占总耕地面积的40%左右, 其中易涝面积60.23万亩, 易旱面积8.51万亩, 易涝面积不同年份全区各乡镇均有分布, 缺乏必要的排涝设施, 作物减产重, 有的甚至绝产, 严重制约了全区农村经济的发展。针对上述情况, 在不断提升农业生产机械化、标准化、科学化、规范化的前提下, 为有效提高种子自身抵御自然灾害的能力, 实现粮食增产, 农民增收的目的, 爱辉区农机技术推广站大力引进等离子体种子处理技术, 取得了突出的实际效果。
三、等离子体种子处理技术的说明
等离子体种子处理技术是吉林省农业科学院与大连博事等离子体有限公司合作开发的高新技术, 它是模拟太空环境, 在农作物播种前, 用等离子体种子处理机对种子处理2～3遍, 使农作物实现增产的新技术。
该项技术2010年被国家科技部列入国家“十一五”第一批生物和现代农业“863”计划项目。该技术是采用高压电孤等离子体辐照与交变电磁场作用相结合, 构成了种子处理系统, 种子以自由落体运动通过该系统后, 种子的生命力被激活, 离子交换能力, 酶的转化, 可溶性糖和可溶性蛋白质等内部的各种活性物质增强, 提高了种子的活力, 从而达到作物从种子萌发到成熟结果整个生育周期具有生长优势。
四、等离子体种子处理技术的推广试验效果
我省2006年引进该项技术, 爱辉区是第一批试验示范县, 2007-2011年共试验示范大豆面积26万亩, 取得了较好效果。
2007年, 在爱辉镇、西岗子镇5个村40个农户共试验示范大豆面积3 000亩, 秋后经农业部门和统计部门测产, 试验田比对照田大豆增产12%。
2008年, 在爱辉镇、西岗镇、幸福乡三个镇30个农户和红色边疆农场第一管理区试验示范大豆面积4 000亩, 秋后经农业部门和统计部门测产, 试验田比对照田大豆增产11.8%。
2009年, 在爱辉镇、西岗子镇、坤河乡、幸福乡40个农户及爱辉区科技示范园区试验示范大豆面积4 000亩, 2009年灾情较重, 先是春旱, 夏伏连涝, 低温寡照, 爱辉区的大豆面积发生根腐病, 而经等离子体种子处理机处理的大豆田根腐病较轻, 大豆生长基本没受影响, 大豆株高要高出对照田20 cm, 秋后经农业部门和统计部门测产, 试验田较对照田大豆增产28%。
三年的试验示范取得了较好效果, 在试验示范过程中, 我们也逐渐加大了宣传力度, 刻制光盘100张, 向每个自然屯发放一张光盘, 印发宣传单10 000余份, 通过各种途径向农民发放, 在苗期、花期和成熟期测产三个主要环节, 邀请区政府领导、区农委和农业中心领导参观试验田, 在每年的农田博览会期间, 向区、乡、村三级领导介绍等离子体种子处理技术的优点, 并现场观察试验田和对照田大豆的长势, 得到了区、乡、村和农业部门领导的认可, 爱辉区政府决定该项技术作为2010年重大推广技术写入政府工作报告, 并拨专款购入11台等离子体种子处理机, 下达了10万亩的示范任务。
2010年4月, 等离子体种子处理机到达黑河, 4月16日召开了全区等离子体种子处理工作会议, 现场向11个乡镇发放了机器, 我们还邀请了省农机推广总站魏成礼总工程师、技术发明人吴策博士来讲课, 各乡镇的农业乡镇长、乡农业中心主任、村支书和村主任都在会议中接受了培训。2010年11个乡镇20个村屯共处理大豆种子60万kg, 示范大豆面积10万亩。
由于2010年我们爱辉区是历史上的丰收年, 自然环境特别好, 墒情好, 温度高, 日照足, 虽然是播种时间较往年拖延了一周左右, 对大豆的产量没有造成影响, 产量创历史新高。
根据数据的记录监测结果看, 处理过的大豆与对照田相比, 出苗期特别明显, 出苗整齐, 色泽深绿, 而且是提前一天出苗, 由于爱辉区的农户习惯苗后除草, 打上除草剂以后再观测就不那么明显了, 但是通过测量发现, 处理过的大豆根系发达, 主根比对照田长1 cm, 须根数比对照田多7条, 株高高1 cm, 茎粗相近, 花期主根比对照田长0.5 cm, 须根数比对照田多10条, 根瘤比对照田多13个, 株高高4 cm, 成熟期主根比对照田长0.5 cm, 根瘤数比对照田多18个, 株高相近, 单株荚数比对照田多2～3个, 处理的大豆品质较好, 豆粒虫口很少, 未处理的大豆虫口较多, 光泽度也不如处理的大豆, 经农业部门和统计部门测产, 示范田较对照田增产4.6%, 我们认为, 等离子体种子处理技术确实能够对农作物达到抗旱、抗病虫害和增产的目的, 应在全区全面推广。
鞋底装配工艺中的等离子体技术 篇8
当前, 世界上各行业生产商都已经意识到环保的重要性, 大家都有责任尽量减少生产中有机挥发性化合物 (VOCs) 的使用和散发。在制鞋工业中, 大底与鞋帮的粘合装配工艺是有机化合物挥发的主要来源之一。尽管有时候我们可以用水性胶黏剂替代有机胶粘剂, 但在大底的卤化工艺中, 难以避免的, 依然会造成有机化合物的挥发。
法国对有机挥发性化合物的排放有严格限制, 每小时使用有机化合物超过100 g的, 其排放挥发物不得超过20mg/m3。目前, 法国CTC研究机构为了彻底解决有机挥发性化合物的排放问题, 正在研究一种替代方法, 即等离子体干式制程技术。这项研究先对TR、SBR等大底材料进行试验, 初步试验成功后, 又对PA、PEBA等难度大很多的材料进行了试验。根据对初步试验的观察, 再次肯定了胶粘剂涂布之前利用等离子体技术取代底胶型有机溶剂预处理鞋底的可行性。
【研究背景】
1999年3月11日, 欧盟规定, 应控制并减少生产过程中有机溶剂造成的挥发性有机化合物排放。自2005年10月, 规定鞋类制造商使用有机溶剂每年不超过5 t, 每双鞋不得超过25 g。
制鞋工序中, 大底胶粘剂是有机溶剂的主要来源之一, 而大底粘合是使用有机溶剂的主要工艺之一。尤其是, 鞋底粘接面的清洁和卤化也需要使用有机溶剂和氯化物 (卤化剂) 作为表面处理剂, 鞋底材料经过表面处理后, 才能使胶粘剂更好的发挥作用。
对TR、橡胶、EVA、PA、PEBA等这些材料来说, 外底的粘合面在粘合之前必须彻底预处理, 通常预处理的方法包括起毛、剖层、清洁、卤化等。鞋底预处理的原因在于, 运输或存放中表面污染、成型底上残留的脱模剂和鞋底材料析到表面来的成分 (如增塑剂) 。举个例子, 如果材料上含有增塑剂就难以粘连, 因为这些添加剂与胶粘剂之间缺乏良好的浸润能力。另外, 这些材料含有的某些内在化学成分也可能使他们与胶粘剂互不相容。
作为溶剂型表面处理剂的替代方法, 究竟等离子等处理技术能否行之有效地克服这些问题呢?CTC决定一试究竟。前面的试验证明, 等离子体技术对一些较常用的材料已经能够进行有效的处理, 如SBR、TR;因此, 目前的重点是针对难度较大的材料展开试验, 如PA与PEBA, 这些材料只有经过化学表面处理才能使鞋底与鞋帮之间取得较好的粘接效果。
【后放电低温等离子体】
一般而言, 高分子制鞋材料在涂布胶粘剂之前应使用底胶型有机溶剂对其材料表面进行预处理工艺, 是为了利用化学反应在材料表面引发可控性降解, 从而与胶粘剂之间形成化学键或极性键, 以增加其热粘附性。
众所周知, 等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质, 它是除去固、液、气外, 物质存在的第四态。它呈现出高度激发的不稳定态, 其中包括离子 (具有不同符号和电荷) 、电子、原子和分子。在自然界里, 炽热烁烁的火焰、光辉夺目的闪电、以及绚烂壮丽的极光等都是等离子体作用的结果。对于整个宇宙来讲, 几乎99.9%以上的物质都是以等离子体态存在的, 如恒星和行星际空间等都是由等离子体组成的。等离子体是一种很好的导电体, 利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。
低温等离子体是指非热等离子体, 一般在减压时出现。虽然被称作等离子体工艺, 但材料在操作过程中并非真实的接受到等离子体, 也并非是放在正处于放电状态的电极之间, 而是被置于后放电电极之间, 由此产生的磁通也只含有非带电粒子。
【对比测试】
为量化等离子体技术的效果, 研究人员进行了一系列对比试验。首先, 将所有测试材料进行正常的机械制样, 其中的一部分材料已经经过等离子体技术处理。然后, 将所有待测样品与标准皮样进行粘合。
等离子体工艺需要进行大量的参数调节, 以便优化其使用条件, 包括:1、气体的种类及配比 (纯氮气, 氮气+氧气, 氮气+氢气, 氮气+二氧化碳) ;2、等离子体源的距离;3、材料通过量。
【PEBA】
常用于足球鞋其他专业运动鞋大底材料。此材料如果不经过酚基底胶预处理, 就很难与胶粘剂产生良好的粘合。对比测试的结果显示, 经过等离子体技术处理的PEBA——无论等离子体的气体如何配制, 整体而言, 其测试的平均强度值均远优于那些只经过机械加工而未经等离子体处理的样品。
从粘合接头的开裂情况来看, 与未经等离子体处理的样品相比较, 经等离子技术处理后高分子聚合物与胶粘剂之间的粘合力增加了。
【PA】
同样是一种用于专业运动鞋与足球鞋的刚性大底材料。在使用胶粘剂前, 通常也需要使用酚基底胶来预制。经过等离子体技术处理的PA样品——无论等离子体气体如何配比, 其测试结果——粘合强度值都大于那些对比样品。而使用氮气与氢气的混合气体时, 等离子体处理的效果尤其好, 即便是与那些经过粗略表皮加工的样品 (粗冲刷或起毛) 对比, 测试结果也好很多。
等离子体技术 篇9
关键词：等离子体,种子处理技术,应用推广
一、广泛宣传, 扩大影响
(1) 利用广播媒体进行广泛宣传, 使广大农民对等离子体种子处理技术有所了解。 (2) 利用小型宣传车到乡、村进行宣传, 使该项技术尽可能达到家喻户晓, 人人皆知的程度。 (3) 利用科普之冬活动, 在科技大集上进行宣传并发放传单。同时当面为农民答疑解惑, 增加他们对该项技术的深刻了解。
二、加强培训, 提高认识
1. 在进行技术推广前, 对站内推广人员首先进行培训, 使他们不仅熟练掌握这项技术, 还提高了思想认识, 能够积极有效地投身到推广工作中去, 保证推广工作的顺利完成。
2. 邀请省推广总站专家到我县讲课, 使广大农民认识到这项技术是获得更大经济效益的有效方法。
如2011年3月2日, 我们邀请了省农机推广站站长任晓东和总工程师魏成礼两位同志, 到我县灵山满族乡为农民讲课。
3. 每年利用电视进行技术讲座, 使更多的农民足不出户就能学习到这项技术。
4. 每年都对重点乡 (镇) 、村的农民进行技术培训。
同时把已有的光盘、照片和上一年秧苗长势及测产数据作为课件在培训中进行展示。
5. 在培训中, 邀请应用过这项技术的农民用现身经历为其他农民讲解这项技术的优点。
如:东郊乡前三五村秀君讲:2009年低温、干旱, 5月1日播种的玉米, 4日发现应用这项技术的种子已出芽了, 而对照种子却没有出芽。5月11日, 应用这项技术的玉米苗已出齐, 而对照的玉米5月13日苗还没有出齐。这项技术不仅出苗早、出苗齐, 能增产, 而且抗低温、干旱的能力也强。火箭乡正兰四村郭宝昌讲:2009年全县只有火箭乡遭到虫灾。自家田地应用这项技术的玉米苗不仅没有遭到虫害, 成熟后玉米棒上连玉米螟都没有, 而对照田一株苗上有2~3条虫子。因此说, 这项技术不仅能增产, 而且还具有抗虫害能力。灵山满族乡前头村马新友讲:2011年种植万寿菊。应用这项技术的叶片就不得了“黄斑”病, 而未应用的对照田, 万寿菊的叶片就得“黄斑”病。所以说, 这项技术不仅能增产, 而且抗病能力也强。
三、以点带面, 多处开花
1. 在种植面积较大的乡 (镇) , 由少到多地选重点村和重点户。
由重点户带动重点村, 再由重点村带动重点乡 (镇) 。如:火箭乡玉米种植面积最大, 先在正兰四村选两个重点户, 又先后在正兰三村和厢兰三村分别选五个重点户。先锋镇水稻种植面积最大, 在四段村选三个重点户, 又在丰收村和三段村分别选了五户作为重点户。灵山乡甜菜种植面积大, 先在兰六村选三个重点户, 又在腰三村和正白前头村分别选了五户作为重点户。东郊乡万寿菊种植面积大, 先在前进村选两户作为重点户, 又在前兰五村和后兰五村分别选五个重点户。
2. 测产时, 不仅邀请农业技术推广中心和统计局的专家参加, 测出具有法律效力的数据, 还邀请村所在地比较有影响的农民2~3位同时参加测产。
这几位有影响的农民在测产时亲眼见到增产效果, 再通过他们的宣传和自身对这项技术的应用, 就会带动很多农民应用这项技术, 达到以点带面、多处开花的推广目的。如:在先锋镇丰收村选择刘贵江、刘永权和伍介飞三个水稻种植户为重点户, 测产时邀请了本村有影响的两个水稻种植大户刘继伟和罗志伟共同参加水稻测产, 增产7.8%。在他们的宣传和带领下, 全村的稻种都用这项技术进行了处理。在灵山乡兰六村选择高云伟、李后权、张金龙三个甜菜种植户为重点户。测产时, 还邀请了当地有影响的村民岳文和郭庆福共同测产。他们亲眼目睹了这项技术可增产25%。通过他们的宣传和带动, 全村的甜菜种子都用等离子体种子处理技术进行了处理。
玉米和大豆这两种作物, 由于是应用这项技术最早的农作物, 方法相同, 这里我们就不再多说。
等离子体技术 篇10
表面等离子体子共振是一种物理光学现象[1]。1971年,克莱切曼研究的Kretschmann结构为SPR传感器奠定了基础[2]。SPR传感器测量方法有角度调制法、波长调制法、相位调制法和强度调制法四种。角度调制法需要昂贵的精密角度转动装置和控制系统, 波长调制法需要复色光和昂贵的光谱分析装置,相位调制法需要一系列高频电路,这就使得它们的应用受到限制[3,4]。为此,本文提出一种基于棱镜型表面等离子体共振光强度调制的光纤传感新方法。
1 理论模型
两种介电介质之间的平行平面单层吸收膜结构如图1所示[5],本文主要讨论这种膜对平面波的反射特性。
为了便于计算,令
undefined
式中u2和v2为实量。u2和v2可以用入射角θ1和表征第1和第2介质的光学性质的常数来表示出。假设入射波的光矢量平行于入射面,各介质是非磁性的,在此情况下,在第1-2界面上有[5]
undefined
式中,
undefined
undefined
同样,在第2-3界面上有[5]
undefined
undefined
undefined
由此可以求出透明基片上的单层吸收膜的反射系数公式为[5]
undefined
式中,η=2πh/λ0,λ0为光在真空中的速度。
2 传感系统结构
产生表面等离子体共振需要使入射光波经过p光起偏器产生TM波,而且需在光路中有效利用TM波[1]。基于这个原理,棱镜型表面等离子体共振光纤传感测量系统的结构框图如图2所示。
从激光器出来的光经p光起偏器产生TM波,TM波被耦合到保偏光纤准值器中,垂直进入传感棱镜的底部并发生全反射,在金属薄膜和待测介质的界面激励表面等离子体共振,反射光经过光纤准值器耦合到达光探测器。
3 数值计算
根据图2所示的系统工作原理图,可知单层吸收膜的光强度反射率为
undefined
3.1 棱镜折射率对SPR传感器共振角的影响
取金属膜的厚度为50 nm,根据式(8)计算得到的4种棱镜折射率对应的SPR角度谱曲线,如图3所示。图中点线对应的棱镜折射率为1.751 0,实线对应的棱镜折射率为1.650 0,虚线对应的棱镜折射率为1.536 0,点划线对应的棱镜折射率为1.513 9。由图可以看到,在固定膜厚度的情况下,随着棱镜折射率的减小,激励SPR的入射光的入射角度相应增大。
3.2 介质折射率对SPR传感器共振角的影响
取金属膜的厚度为50 nm,根据式(8)计算得到的4种浓度分别为5%,15%,20%和25%的蔗糖溶液对应的SPR角度谱曲线,如图4所示。图中点线对应的浓度为5%,实线对应的浓度为15%,虚线对应的浓度为20%,点划线对应的浓度为25%。由图可以看到,在固定膜厚度的情况下,随着待测液体的折射率增大,激励SPR的入射光的入射角度也相应增大。关于这方面作者也做了相应的实验研究,结果见表1。
3.3 光强度调制型SPR传感器的研究
从图4可以看出,如果固定入射角为测量范围内最小浓度的蔗糖溶液的共振角,那么可以利用光强调制的方法,测量液体的折射率。假设棱镜的折射率为1.72,光源波长为655 nm,测量蔗糖溶液的浓度范围为5%～25%,25%蔗糖溶液所对应的全反射临界角为53.05°,这样固定的入射角必须大于53.05°。当入射角分别为53.25°,54°,58°(浓度为5%蔗糖溶液的共振角)时,通过计算得到介质折射率与反射率的的变化关系如图5所示。图中点线对应的入射角为53.25°,实线对应的入射角为54°,虚线对应的入射角为58°。从图可以看出,入射角为53.25°时曲线的斜率最陡,具有较高的测量灵敏度;入射角为58°曲线比较平坦,相对来说测量灵敏度较低。因此,固定的入射角角度以大于但接近于测量范围内最大浓度对应的全反射临界角为最佳。当然,由于光源强度的波动以及光电接收器和放大电路存在着直流漂移,因此基于光强调制的方法测量液体的折射率的精度会受到很大的限制[6]。采用作者在文献[7]中提出的建立理论和实验模型的方法,就很容易克服这一缺点。
4 结论
本文提出一种基于表面等离子体共振光强调制型分析的新方法,选择固定入射角为大于但接近于测量范围内最大浓度对应的全反射临界角。利用光强制调方法测量不同液体介质,可以获得与被测介质相关参数的变化信息,例如溶液的温度、浓度等。为了确保传感器具有较高的测量灵敏度和精度,金属薄膜的厚度以50 nm为最佳,在条件许可的范围内尽量选择波长较短的光源。本研究通过建立参量模型,进行数值模拟,其研究结果对于研制光强调制型SPR传感器具有一定的指导意义。
参考文献
[1]赵晓君,陈焕文,宋大千,等.表面等离子体子共振传感器Ⅰ:基本原理[J].分析仪器,2000(4):1-8.
[2]Kretschmann E,Raether H.Radiative Decayofnon2radiat ive Surface Plasmons Excited by Light[J].Z Naturforsch,1968,A23:2135-2136.
[3]刘国华,常露,张维,等.SPR传感技术的发展与应用[J].仪表技术与传感器,2005,11:1-5.
[4]曾捷,梁大开,杜艳,等.基于反射光强度检测的棱镜SPR传感器[J].光电子.激光,2007,18(2):159-163.
[5]MAX Born,EMIL Wolf.Principle of Optics[M].Cambridge:Cambridge University Press,1997:49.
[6]蒋弘,余兴龙.用表面等离子波相位检测法测量液体折射率[J].光学技术,2000,26(1):41-45.