大氣電漿與所生成自由基及其對生物組織與材料表面的影響(上)

基本上，這種大氣電漿形式多樣化、成本低廉且不需要長久的抽真空時間。

其所產生多樣且多功能的自由基及活性分子更擴展它在各領域中的應用。

尤其在電漿醫學 ... 首頁 文章瀏覽 謝章興1,2、魏佚衿1、張淑茜1、劉霈琳1、黃士瑋2、劉于瑋2 /明志科技大學1電漿與薄膜科技中心、2材料系   前言 過去幾年，電漿的表面處理技術是研究最深入的科技之一。

至目前為止，已經開發了多種電漿表面技術，且其中很多已商業化。

近年來冷大氣電漿的發展及應用是個備受關注的研究題目，這種電漿可應用在各種生醫及傳統材料、能源、環境淨化處理及醫療方面。

基本上，這種大氣電漿形式多樣化、成本低廉且不需要長久的抽真空時間。

其所產生多樣且多功能的自由基及活性分子更擴展它在各領域中的應用。

尤其在電漿醫學上，最近幾年更是蓬勃發。

  本文首先介紹大氣電漿的形式，進一步說明自由基與活性分子的形成、分布與壽命。

其次簡單描述電漿化學與自由基生成的關係。

文章最後證明機器學習可用來預測自由基與活性分子強度與分布。

總而言之，未來冷大氣電漿成功的關鍵一定在產生可控的自由基與活性分子同時了解其分佈與濃度。

這牽涉到廣泛而深入的電漿物理與化學，更需要精密工程的輔助。

絕對是個跨領域而有趣的學門。

  大氣電漿的形成—線流放電(StreamerDischarge)vs.輝光放電(GlowDischarge) 通常，大氣電漿放電方式有湯森崩潰與線流崩潰。

線流崩潰與電極材料或其他現象(如湯森崩潰中的二次電子發射)沒有直接關係。

與湯森崩潰相反，線流崩潰不能用電子崩潰的倍增來描述。

線流崩潰的概念基於在電極間隙中傳播的微細導電電漿絲(Filament)通道。

電漿絲的行進乃由於帶電頭自身感應出的強電場，進而使帶電頭前面的氣體電離。

反過來說，近年來研究發現，可以通過輝光放電(湯森放電)產生大氣電漿。

輝光放電下的模式對於電漿的均勻度及材料表面的均勻處理非常重要。

由於工業應用上急需可靠的放電模式，介電阻障層放電操作的最新研究一直集中在了解該模式的確切機制。

但目前仍然無法完全理解兩種放電模式下的操作與機制。

目前僅了解當放電電流達到臨界值(崩潰中的空間電荷變得足夠高)並引起電場中的擾動，會導致線流放電過渡到輝光模式。

形成大氣電漿輝光放電的關鍵是介電質表面上電子的存活時間或“記憶效應”。

而來自電極表面的二次電子發射取決於撞擊的電子。

輝光放電在負離子存在的情況下會更為微弱。

1.離子化波和電漿子彈 各種介電質中的電離現象通常與離子化波(IonizationWave)的形成和傳播有關，其發光前沿以105～109cm·s-1的速度運動。

離子化波以各種脈衝放電的形式出現，例如電暈，體積和表面介電阻障層放電以及閃電。

最近，在高層大氣和大氣冷電漿束(APPJ)中的放電中觀察到與發光電漿物體的快速傳播有關的類似現象。

  離子化波可以具有各種空間結構。

例如，在低壓氣體中沿著被介電質壁包圍的通道移動的離子波幾乎具有平坦的前部。

一種更常見的離子波類型就是線流。

如前所述，它是一個一直在成長且延伸的電漿通道，其頭部通常為球形。

在較低密度的傳播介質中，通道半徑較大，在大氣壓力氣體中為數百微米，在60～80km的高空觀測到的閃電達到數百米。

在冷電漿束中，經常會觀察到具有環形前沿的離子化波。

  在傳播離子化波中，由於電子在增強電場的局部區域(波前)中的電子碰撞而使介質的原子和分子離子化，從而產生了帶電物質(電子和離子)。

前部區域中增強的電場的值由波本身形成的體積電荷密度控制，並且可以超過局部施加的(外部)電場。

離子化波在其前部產生強電場的能力，能夠使介質離子化，從而允許其滲透到低電場區域。

因此，具有電場分佈不均勻的間隙中的崩潰更能形成離子化波，例如點平面或線平面間隙。

線流形成在點電極或線電極附近的強電場區域中，傳播到相對的電極，形成導電通道。

根據傳播方向，線流被稱為正(或陰極引導)和負(或陽極引導)線流。

  圖一、陰極導向的線流(a)不同時間的連續兩個線流，二次崩潰向線流頂端移動；波浪狀箭頭是產生崩潰種子電子的光子；(b)線流頂端附近的電場   正線流的機制如圖一所示，其中電子從陰極到陽極的漂移方向與線流的傳播方向相反。

由於強電場區域(線流頂端)發出的高能光子使介質物質(氣體)離子化，因此產生了線流前方的種子電子。

這些電子移動到線流頭部同時會產生…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。

                                          圖二、離子化波(線流放電)的前進(a)一個帶正電的電漿頭發射光子；(b)光子離子化前端氣體並產生新的電子群而建立強電場；(c)光電子移動到原始電漿頭，留下新的正離子形成新的電漿頭；(d)原始電漿頭離子與電子群完全中和；(e)新的電漿頭發射光子；(f)創造一個新的電漿頭，促成電漿頭的移動   ★相關閱讀：大氣電漿與所生成自由基及其對生物組織與材料表面的影響(下) Download檔案下載 加入會員 分享 轉寄 聯絡我們 延伸閱讀 表面增強拉曼光譜(SERS)於生醫及環境檢測之應用與挑戰 大氣電漿與所生成自由基及其對生物組織與材料表面的影響(下) 新冠疫情下日企抗菌/抗病毒產品之開發現況(下) 新冠疫情下日企抗菌/抗病毒產品之開發現況(上) 環境汙染危肌四伏～抗汙肌膚照護原料暨評估方法介紹(下) 熱門閱讀 鋰電池儲能系統 氧化鎵的晶體成長、特性及其元件應用(上) 陶瓷材料的冷燒結 再生能源與儲能整合式運用發展趨勢 2021年我國LED元件產業發展動向 相關廠商 昂筠國際股份有限公司 捷南企業股份有限公司 名揚翻譯有限公司 金屬3D列印服務平台 大東樹脂化學股份有限公司 台灣大金先端化學股份有限公司 友德國際股份有限公司 正越企業有限公司 專家現場 更多