标题：低温等离子体
物理解释
低温等离子体放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体，也叫非平衡态等离子体。  低温等离子体
如果电子的温度和重粒子温度差不多，则为高温等离子体，或平衡态等离子体。
低温等离子体中能量的传递大致为：电子从电场中得到能量，通过碰撞将能量转化为分子的内能和动能，获得能量的分子被激发，与此同时，部分分子被电离，这些活化了的粒子相互碰撞从而引起一系列复杂的物理化学反应。因等离子体内富含的大量活性粒子如离子、电子、激发态的原子和分子及自由基等，从而为等离子体技术通过化学反应处理异味物质提供了条件。它是基于放电物理、放电化学、反应工程学的学科之上的交叉学科。近几十年来，有关等离子体技术的研究非常活跃，为合成新物质、新材料及环境污染治理等提供了一种新技术、新方法和新工艺。低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。但是，无论是哪一种高压放电技术，都是通过高压放电的原理，必须充分考虑到爆炸问题，特别是在易燃易爆的化工场合。
状态解释
冰升温至0℃会变成水，如继续使温度升至100℃，那么水就会沸腾成为水蒸气。随着温度的上升，物质的存在状态一般会呈现出固态→液态→气态三种物态的转化过程，我们把这三种基本形态称为物质的三态。那么对于气态物质，温度升至几千度时，将会有什么新变化呢? 由于物质分子热运动加剧，相互间的碰撞就会使气体分子产生电离，这样物质就变成由自由运动并相互作用的正离子和电子组成的混合物（蜡烛的火焰就处于这种状态）。我们把物质的这种存在状态称为物质的第四态，即等离子体(plasma)。因为电离过程中正离子和电子总是成对出现，所以等离子体中正离子和电子的总数大致相等，总体来看为准电中性。反过来，我们可以把等离子体定义为：正离子和电子的密度大致相等的电离气体。
产生条件
从刚才提到的微弱的蜡烛火焰，我们可以看到等离子体的存在，而夜空中的满天星斗又都是高温的完全电离等离子体。据印度天体物理学家沙哈(M．Saha，1893-1956)的计算，宇宙中的99.9%的物质处于等离子体状态。而我们居住的地球倒是例外的温度较低的星球。此外，对于自然界中的等离子体，我们还可以列举太阳、电离层、极光、雷电等。在人工生成等离子体的方法中，气体放电法比加热的办法更加简便高效，诸如荧光灯、霓虹灯、电弧焊、电晕放电等等。在自然和人工生成的各种主要类型的等离子体的密度和温度的数值，其密度为106（单位：个/m3）的稀薄星际等离子体到密度为1025的电弧放电等离子体，跨越近20个数量级。其温度分布范围则从100K的低温到超高温核聚变等离子体的108-109K（1-10亿度）。 温度轴的单位eV(electron volt)是等离子体领域中常用的温度单位，1eV=11600K。
通常，等离子体中存在电子、正离子和中性粒子(包括不带电荷的粒子如原子或分子以及原子团)等三种粒子。设它们的密度分别为ne,ni,nn，由于准电中性，所以电离前气体分子密度为ne≈nn。于是，我们定义电离度β=ne/(ne+nn)，以此来衡量等离子体的电离程度。日冕、核聚变中的高温等离子体的电离度都是100%，像这样β=1的等离子体称为完全电离等离子体。电离度大于1%(β≥10-2)的称为强电离等离子体，像火焰中的等离子体大部分是中性粒子(β<10-3 )，称之为弱电离等离子体。
若放电是在接近于大气压的高气压条件下进行，那么电子、离子、中性粒子会通过激烈碰撞而充分交换动能，从而使等离子体达到热平衡状态。若电子、离子、中性粒子的温度分别为了Te，Ti，Tn，我们把这三种粒子的温度近似相等(Te≈Ti≈Tn)的热平衡等离子体称为热等离子体(thermal plasma)，在实际的热等离子体发生装置中，阴极和阳极间的电弧放电作用使得流入的工作气体发生电离，输出的等离子体呈喷射状，可用作等离子体射流(plasma jet)、等离子体喷焰(plasma torch)等。
另一方面，数百帕以下的低气压等离子体常常处于非热平衡状态。此时，电子在与离子或中性粒子的碰撞过程中几乎不损失能量，所以有Te>>Ti , Te>>Tn。我们把这样的等离子体称为低温等离子体(cold plasma)。当然，即使是在高气压下，低温等离子体还可以通过不产生热效应的短脉冲放电模式即电晕放电（corona discharge）或电弧滑动喷射式放电来生成，大气压下的辉光放电技术也已成为世界各国的研究热点。可产生大气压非平衡态等离子体的机理尚不清楚，在高气压下等离子体的输运特性的研究也刚刚起步，现已形成新的研究热点。
应用
低温等离子体物理与应用已经是一个具有全球影响的重要的科学与工程，对高科技经济的发展及传统工业的改造有着巨大的影响。例如，1995年全球微电子工业的销售额达1400亿美元，而三分之一微电子器件设备采用等离子体技术。塑料包装材料百分之九十都要经过低温等离子体的表面处理和改性。科学家预测：二十一世纪低温等离子体科学与技术将会产生突破。据估计，低温等离子体技术在半导体工业、聚合物薄膜、材料防腐蚀、等离子体电子学、等离子体合成、等离子体冶金、等离子体煤化工、等离子体三废处理等领域的潜在市场每年将达一千几百亿美元。
应用领域及市场估值
等离子体辅助加工被用来制造特种优良性能的新材料、研制新的化学物质和化学过程，加工、改造和精制材料及其表面，具有极其广泛的工业应用--从薄膜沉积、等离子体聚合、微电路制造到焊接、工具硬化、超微粉的合成、等离子体喷涂、等离子体冶金、等离子体化工、微波源。等离子体辅助加工已开辟的和潜在的应用领域包括：
●半导体集成电路及其它微电子设备的制造
●工具、模具及工程金属的硬化
●药品的生物相溶性包装材料的制备
●表面防蚀及其它薄层的沉积
●特殊陶瓷（包括超导材料）
●新的化学物质及材料的制造
●金属的提炼
●聚合物薄膜的印刷和制备
●有害废物的处理
●焊接
●磁记录材料和光学波导材料
●精细加工
●照明及显示
●电子电路及等离子体二极管开关
●等离子体化工(氢等离子体裂解煤制乙炔、等离子体煤气化、等离子体裂解重烃、等离子体制炭黑、等离子体制电石等)
对上述某些部分领域的前潜在市场估计：
●半导体工业约为260亿美元
●等离子体电子学约为400亿美元
●工具及模具硬化约为20亿美元
●作记录和医用聚合物薄膜领域约为几十亿美元的市场
对一些新的有活力的市场估计：
●金属腐蚀防护约为500亿美元
●优质陶瓷约为50亿美元
● 在废物处理、金属提练、包装材料及制药业中的应用约为几十亿美元市场
技术开发
国内外企业利用低温等离子体技术在环保方面开发出了“低温等离子体有机废气净化设备”、“低温等离子体废水净化设备”及“低温等离子体汽车尾气净化技术”。
1、低温等离子体在保鲜、杀菌、除臭等方面产品开发，目前已开发出适用于冰箱、空调、洗衣机的发生器。
2、“低温等离子体有机废气净化设备”利用低温等离子体产生的具有高氧化性的臭氧，在催化剂的作用下，使有机废气在较低的温度完全转化。该设备可应用于溶剂厂、印染厂、油漆厂等有机废气排放源。
3、“低温等离子体废水净化设备”可使皮革厂、造纸厂、印染厂、游泳池等排放的废水经处理后，达到无色无味、无菌的效果。
4、“低温等离子体汽车尾气净化技术”除具有一般汽车尾气净化器具有的功能外，还有以下特点：
a、可降低发动机百公里耗油量；
b、可降低发动机噪音，运转平稳；
c、可提高发动机起始加速度；
d、在恶劣环境下，点火启动成功率达到100%；
e、降低尾气中有机物及一氧化碳等有害物的排放量；
f、适用于任何型号的燃油发动机、发电机；
新型抗菌药物
美国《微生物医学》2010年12月25日报道，抗生素或许很快会遇到它的竞争者，因为俄罗斯科学家近日找  低温等离子体处理人手到一种治疗感染比抗生素更好的方法，这种方法不是另一种药物，而是物理学成果“低温等离子体”。低温等离子体疗法不仅避免了药物经常引发的副作用，而且这种离子化焰炬不管细菌对抗生素有没有耐药性，一律都会杀掉，没有细菌能逃过等离子体的“五指山”。俄罗斯戈玛乐雅流行病学和微生物学研究所的科学家艾莫列娃说，等离子体是一种离子化气体，有时又被称作物质的第四态，一般温度高达数千摄氏度，热等离子体通常被用来给医疗设备杀菌。而低温等离子体的温度接近室温，在一个大气压环境下，让等离子体的温度平稳保持在35到40摄氏度之间，这种温度足以安全触摸。艾莫列娃说，低温等离子体通过破坏细菌的DNA及其表面结构，可以杀死细菌，这一过程不会损伤人体组织。更重要的是，科学家已经证实等离子体可以杀死生长在伤口处的由生物膜保护的细菌。低温等离子体如何对抗可引起感染的有害细菌？艾莫列娃利用实验室里的低温等离子体焰炬(低温等离子体燃烧器)轰击两种常见细菌—— 绿脓杆菌和金黄色葡萄球菌，这些细菌经常出现在伤口感染处，但对抗生素具有耐药性，因为它们拥有被称作生物膜的保护层。5分钟后，等离子体焰炬杀死了一个皮氏培养皿里生长的99%的细菌。10分钟后，它杀死一只受伤老鼠伤口处的90%的细菌。由于这种焰炬能直接瞄准小面积的特定感染区域，因此在治疗过程中周围组织不会受损。
同名图书
基本信息《低温等离子体》  低温等离子体
作　者：（俄国）B.M.弗尔曼，N.M.扎什京 著 邱励俭 译
丛 书 名：现代物理基础丛书 冷配在线
出 版 社：科学出版社
ISBN：9787030313416
出版时间：2011-06-01
版　次：1
页　数：367
装　帧：平装
开　本：16开内容简介俄罗斯科学院西伯利亚分院理论与应用力学研究所在朱可夫院士的领导下于1990-2000年陆续出版了一套《低温等离子体丛书》，这是低温等离于体方面的巨著。鉴于其重要性，译者翻译了第20卷，以期对我国等离子体领域的研讨与应用有帮助。《低温等离子体：等离子体的产生、工艺、问题及前景》是《低温等离子体丛书》的结尾卷，总结了20世纪低温等离子体的理论与应用，既提出了存在的问题，又对今后的研究进行了展望。
《低温等离子体：等离子体的产生、工艺、问题及前景》可供低温等离子体领域的科研人员，等离子体化工设备的设计者、工程师以及相关专业的本科生和研究生参考。图书目录译者序
前言
朱可夫传记
第一部分 关于朱可夫院士
第1章 人物、时代、事件
第2章 学生、同事及朋友对朱可夫的怀念
第二部分 低温等离子体发生器
第3章 等离子体发生器中紊流流动的一些理论问题
第4章 电弧等离子体发生器中阴极表面自稳定的数学模型
第5章 电弧等离子体阳极特性的数值分析
第6章 在电弧放电阴极上的电流与传热
第7章 水蒸气等离子体的电弧产生
第8章 用于CF4的不同类型等离子体发生器的热性能和动力性能
第9章 高频放电等离子体物理的研究及其实际应用
第10章 模拟氩硅烷高频等离子体的化学成分
第11章 带超声速气流的辉光放电等离子体发生器
第三部分 等离子体工艺过程
第12章 富勒烯与低温等离子体
第13章 利用等离子体发生器来研究超声速气流的控制
第14章 等离子体表面镀膜的成就
第15章 基于等离子体喷涂理论和模型实验的合金水滴热物理碰撞机制
第16章 合成与利用氮化硼领域中的新高潮
第17章 加工碳氢化合物原料的等离子体化学工艺、有毒废物的无害化和利用
第18章 对固体废物的等离子体热加工
第19章 在燃烧煤粉的汽化过程中利用等离子体动力工艺改善生态及经济指标
第20章 煤的等离子体热化学准备工艺中分子动力学及热力学计算
第21章 将等离子体燃烧系统应用于水煤燃料的燃烧
第22章 借助等离子体化学产生纳米材料涂层的铸型和砂芯来提高铸件的品质
第23章 研究强脉冲高频场和金属及合金的相互作用
第24章 等离子体发生器中圆柱阴极腐蚀的热机制
参考文献
结束语