第一章 緒論
1.2 前言
1.2.1 常壓電漿的優點
常壓電漿與低壓電漿最大的差別[Schutze et al. 1998
]: (1)常壓電漿不需要低壓電漿的
抽真空設備，節省成本與抽真空的時間，(2)低壓電漿需要抽真空所以電漿處理的面積較 小，常壓電漿可以設計出大面積的電漿源處理大面積產品，(3)常壓電漿電漿可以設計於 一條連續的產線。常壓電漿有以上的優點，所以許多研究單位與工業界都朝常壓電漿基 礎研究與應用研究發展。1.2.2 常壓電漿的特性與分類
電漿是一種狀態，不是生活中的三態(固態、液態與氣態)，而是所謂的第四態，電 漿產生是氣態分子或原子受到外加電場的影響，其中的電子不再受到原子核的束縛而被 加速，撞擊到其他氣體的原子或分子，使其離子化(Ionization) (1-2)，被游離出的電子再 受到電場加速撞擊其他的氣體原子或分子，電漿裡的反應還有激發與再回復反應
(Excitation-Relaxation)也就是當高能的電子經過長時間的碰撞最後與氣體原子結合行程 激發態(Excited state) (1-1)，而再回復反應(Relaxation)的過程即激發態原子回到較低能量 的穩定狀態時會放出光，分解反應(Dissociation) (1-3)，當被加速電子破壞分子間之原子 鍵結時就會產生不成對電子之高反應能自由基(Free redical)，其中電子也有可能與離子
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作結合(recombination)，當離子化速率與結合速率相當時，電漿中電子密度與離子密度 會達到穩定狀態，即形成電中性(Quasi-neutral)。
Excitation: e−
+
RX→
RX* +
e− (1-1)Ionization: e−
+
RX→
RX++ 2
e− (1-2)Dissociation: e−
+
RX→
R+
X+
e− (1-3) 電漿也會受其壓力的影響，當電漿於較低壓的環境形成時，氣體分子的密度較小，當電子被電場加速時，可以有較長的加速距離，即平均自由路徑(mean free path)較長，
而不與其他粒子發生碰撞導致能量衰減，使產生有效的能量解離氣體分子。當於常壓的 情況下，氣體分子密度大所以無法形成足夠的能量來解離氣體分子。施加外部電場的兩 電極間的距離也是影響電漿行程的主要變因，如同電阻般，距離小電阻較小就容易使電 漿產生，而Paschen Curves的曲線(圖 1-1)可以提供不同氣體當壓力與兩電極距離確定 時，需要的電壓值(Breakdown Voltage)可以產生電漿。
常壓電漿大致可分為四種放電形式(圖 1-2)，分別為電漿火炬(Plasma torch)、暈光 放 電 (corona discharge) 、 介 電 質 屏 蔽 放 電 (dielectric barrier discharge) 和 常 壓 電 漿 束
(atmospheric pressure plasma jet)[ Schutze et al. 1998
]。
1.2.2.1 電漿火炬(Plasma torch)
電漿火炬(Plasma torch)( 圖 1-2 (a))屬於熱平衡電漿，電漿中的電子、離子與中性分
子 其 溫 度 於 10000 ～ 20000 度 左 右 ， 而 其 它 三 種 電 漿 皆 屬 於 非 熱 電 漿 (non-thermal
plasma)，電子溫度約10000～100000度左右，遠大於離子與中性分子的溫度約300度左
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右，此種高溫電漿應用於金屬加工、熔接與廢棄物處理等技術。
1.2.2.2 暈光放電(Corona discharge)
暈光放電(Corona discharge) (圖 1-2 (b))為一種尖端放電形式，其需要較高的電壓使 尖端處之電荷集中形成電場而產生氣體崩潰的效應。在高電壓與高電場的操作下放電較 不穩定，甚至會形成電弧(Arc)，所以常設計成不對稱形式的電極使其產生穩定的電漿，
此方面的電漿多應用於產生臭氧與汙水清理……等應用。
1.2.2.3 介電質屏蔽放電 (Dielectric barrier discharge)
介電質屏蔽放電 (Dielectric barrier discharge)(圖 1-2 (c))又稱為無聲放電(Silent discharge)即是指其兩電極之間距離放入一個或兩個介電質材料(圖 1-3)，介電質材料通 常為玻璃、石英與陶瓷，當施予高電壓時電漿即會產生於電極與介電質材料或兩個介電 質材料之間的縫隙。此種電漿應用於表面改質、清潔與殺菌...等。
1.2.2.4 常壓電漿束(Atmospheric pressure plasma jet)
常 壓 電 漿 束 (Atmospheric pressure plasma jet)( 圖 1-2 (d)) 為 介 電 質 屏 蔽 放 電 (Dielectric barrier discharge)的其中一種，構造為兩個同軸電極，放入介電質材料以防止 電弧產生(Arc)，並且使用惰性的氦氣(He)與氬氣(Ar)氣體與氧氣(O2)混合。使用13.56MHz 的RF (Radio Frequency) Power連接中間的電極，操作電壓在1000(V)以下，當電漿從外電 極噴嘴往外噴出時，此處的溫度約在150℃左右，所以此種電漿可以應用於一些塑膠材 料，如鍍氧化矽(SiOx)保護薄膜。
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