时间：2023-05-29 18:23:09
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇等离子体物理，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
英文名称：Nuclear Fusion and Plasma Physics
主管单位：中国核工业集团公司
主办单位：核工业西南物理研究院
出版周期：季刊
出版地址：四川省成都市
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种：中文
开
本：大16开
国际刊号：0254-6086
国内刊号：51-1151/TL
邮发代号：62-179
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1980
期刊收录：
CA 化学文摘(美)(2009)
CBST 科学技术文献速报(日)(2009)
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
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中文核心期刊(2008)
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中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
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Caj-cd规范获奖期刊
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期刊简介
英文名称：等离子体科学与技术(英文版)
主管单位：
主办单位：中国科学院等离子体物理研究所
出版周期：双月刊
出版地址：安徽省合肥市
语
种：英语
开
本：大16开
国际刊号：1009-0630
国内刊号：34-1187/TL
邮发代号：
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1999
期刊收录：
SA 科学文摘(英)(2009)
SCI 科学引文索引(美)(2009)
Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
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截至7月10日，中科院等离子体所的东方超环（EAST）超导托卡马克2012年物理实验顺利结束。在四个多月的实验期间，科学家们创造了两项托卡马克运行的世界纪录：获得超过400秒的两千万度高参数偏滤器等离子体；获得稳定重复超过30秒的高约束等离子体放电。这分别是国际上最长时间的高温偏滤器等离子体放电、最长时间的高约束等离子体放电，标志着我国在稳态高约束等离子体研究方面走在国际前列。
托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器，是由苏联的阿齐莫维齐等人在20世纪50年明的。中科院等离子体所在成功建设中国第一个超导托卡马克HT-7的基础上，提出了“HT-7U全超导非圆截面托卡马克装置建设”计划，该计划在国际上通称EAST，即“东方超环”。
“东方超环”于2007年建成并开始科学实验。在国家科技部ITER专项、国家基金委、中科院等部门的支持下，科学实验不断深入，近年来已吸引大批国外科学家来华开展科学实验，美国能源部已将EAST列为未来美国磁约束聚变合作的首选装置。自今年2月开始本轮EAST科学实验以来，超过100位的国外科学家来华开展广泛的合作研究。实验中，国内外科学家们围绕高参数长脉冲等离子体相关科学技术问题开展了大量的科学实验，取得了一系列新结果和大量的科学实验数据。
据介绍，高参数、高约束模式偏滤器等离子体是未来聚变托卡马克放电的最基本运行方式。我国参加的国际热核聚变实验堆（ITER）项目的首要目标是实现400秒的高约束等离子体，但实现该科学目标尚面临众多科学和技术（物理和工程）上的挑战。目前，国际上大部分托卡马克的偏滤器等离子体持续时间均在20秒以下，欧盟和日本科学家曾获得最长为60秒的高参数偏滤器等离子体。本次实验，我国科学家针对未来ITER400秒高参数运行的一些关键科学技术问题，如等离子体精确控制、全超导磁体安全运行、有效加热与驱动、等离子体与壁材料相互作用等，开展了全面的实验研究，获得了411秒的中心等离子体密度约2×1019m-3、中心电子温度大于2000万摄氏度的高温等离子体。
长期以来，实现长时间高约束放电一直是国际聚变界挑战极大的前沿课题。目前正在运行的托卡马克的高约束放电时间大都在10秒以下。2003年，日本JT-60U装置（已退役）曾利用强流中性束加热实现一次28秒的高约束等离子体放电，这是目前放电时间最长的一次。在本轮EAST实验中，我国科学家利用低杂波与射频波协同方法，实现了稳定重复的超过32秒的高约束等离子体放电。我国科学家所用的方法独特、经济、有效，为未来国际热核聚变实验堆（ITER）提供了一条高效实现高约束放电的新途径。
中图分类号：TN405文献标识码：A文章编号：1003-2738（2011）12-0284-01
摘要：大气压等离子体是一项新兴的气体污染处理技术，已成为当前环境领域的研究热点。本文介绍了等离子体的概念及产生方法，概述了大气压等离子体技术在废气处理中的应用进展情况，并指出了今后大气压离子体处理废气的应用研究方向。
关键词：大气等离子体；废气；处理技术；应用
一、引言
随着工业现代化的不断进步和发展，排放到大气中的硫氧化物、氮氧化物及有机废气等不断增加，大气污染造成的大气质量的恶化、酸雨现象、温室效应及臭氧层破坏足以威胁人类在地球上的生存和居住，其后果十分严峻，废气排放造成的环境污染问题逐渐引起人们的广泛重视。废气处理指的是针对工业场所、工厂车间产生的废气在对外排放前进行预处理，以达到国家废气对外排放的标准的工作。一般废气处理包括了有机废气处理、粉尘废气处理、酸碱废气处理、异味废气处理和空气杀菌消毒净化等方面[1]。大气压等离子体技术是一门新兴的环境污染处理手段，其在废气处理应用中具有成本低，效果好、操作简单，无需高价格的真空系统等特点，具有广泛的应用前景。本文主要研究的是大气等离子体技术在废气处理方面的应用进展情况和可行性。
二、等离子体的研究现状及特性
等离子体是一种电离状态的气体，它是由美国科学MUIR于1927年在研究低压下汞蒸汽放电现象时命名的[2]。等离子体被称作除固态、液态和气态之外的第4 种物质存在形态，它是由大量的子、中性原子、激发态原子、光子和自由基等组成，但电子和正离子的电荷数必须体表现出电中性。常见的产生等离子体的方法是气体放电，气体放电等离子体主要分为以下几种形式：①辉光放电；③介质阻挡放电；④射频放电；⑤微波放电。
大气压等离子体技术的实质也就是气体放电原理，气体在电场作用下被击穿而导电，由此产生的电离气体叫做气体放电等离子体[3]。我们把大气压等离子体分为平衡(热)或非平衡(冷)等离子体两大类。如今低气压等离子体己在材料处理领域得到广泛应用，该种等离子体可产生用来刻蚀或沉积薄膜的高浓度活性粒子，然而在运行低气压等离子体时也存在一些缺陷，像真空系统昂贵却需要维修，处理材料的尺寸受到真空室大小的限制。大气压等离子体与低气压等离子体相比，具有成本低、操作方便、无需高成本的真空系统等优点。
三、大气压等离子体在废气处理中的应用
随着我国能源消费的持续增长和机动车保有量的迅猛增加，大量煤、石油与天然气等化石燃料消耗产生的二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx) 等废气排放到大气中，环境大气中NOx/SO2比例的改变影响着大气酸沉降，进而在特定条件下产生二次光化学污染，致使空气中臭氧(O3)含量增加，并在空气中形成大量二次细微颗粒物，给公众健康及生态环境造成严重危害。等离子体是近十多年发展起来的一门高度交叉的新学科，是集物理学、环境科学、化学和生物学于一体的全新学科。大气压等离子体是一种新兴的物理与化学相结合的废气处理技术，如今该技术已成功应用于工业锅炉烟气和汽车尾气治理领域。大气压等离子体技术具有对废气净化效率高、能耗低及无二次污染等特点。
（一）大气压等离子体分解气态污染物的机理。
大气压等离子体分解气态污染物的机理为：等离子体中的高能电子在大气压等离子体分解气体污染物中起决定性的作用，数万度的高能电子与气体分子(原子)发生非弹性碰撞，巨大的能量转换成基态分子(原子)的内能，发生激发、离解以及电离等一系列物理和化学变化使气体处于活化状态。电子能量小于10ev时 产生活性自由基，活化后的污染物分子经过等离子体定向链化学反应后被脱除。而当电子平均能量超过污染物分子化学键结合能时，污染物气体分子键断裂，污染物分解，在大气压等离子体中可能发生各种类型的化学反应，反应程度取决于电子的平均能量、电子密度、气体温度、污染物气体分子浓度及共存的气体成分。
（二）大气压等离子体处理废气装置。
大气压等离子体在废气处理中应用的机理是在等离子体中的高能电子、离子、自由基、激发态分子和原子等的作用下，将NOx与SO2被氧化成更易参与反应和更易吸收的NO2和SO3，从而实现对废气的净化处理。
图1是模拟汽车尾气和锅炉烟气同时脱硫脱硝所采用的大气压等离子体处理装置示意图。如图所示，中心铜棒电极被聚四氟绝缘材料固定在放电管的中心且与高压电源的高压输出端连接。铜棒处于放电管的中心能使介质阻挡放电管内等离子体更加均匀，另一方面可防止局部增强放电导致介质层击穿现象的发生，故会提高装置的运行时间。氯化钾溶液作为外电极并与高压电源的低压输出端相连。装置的内电极与电源的高压输出端相连，其位置在内径为16mm的右英管中心。铜棒放在石英放电管的中心是为了使管内放电所产生的等离子体更加均匀分布，以及防止介质层被击穿，从而延长装置的使用寿命。电源低压输出端与装置外电极相连，它所采用的是0.2mol/L的氯化钾溶液。仪器工作时，比例一定的NOx与活性气体(N2、O2、H2O)通过浮子流量计和气体分配器进入放电管，在线废气监测仪Testo 360测定氮化物的浓度变化。在装置放电区域或者气体输出管内，氮氧化物与活性气体粒子会发生反应，经检定，废气通过装置的处理净化，得到的产物都是无污染的，可直接排放到大气中。
图1大气压等离子体处理废气装置示意图
四、大气压等离子体的应用研究方向
为了实现大气压等离子体技术在废气处理的推广应用，今后应加强深入研究大气压等离子体降解污染物的机理。大气压等离子体降解污染物是一个十分复杂的过程，而且影响这一过程的因素很多，虽然目前已有大量有关低温等离子体降解污染物机理的研究，但还未形成能指导实践的理论体系，使其工业应用缺乏理论保障。其次要实现处理装置的大型化与小型化双向发展，处理装置的大型化与小型化是等离子体技术今后发展的两个方向。
五、结束语
随着环境保护的深入发展，大气压等离子技术以其独特而优良的废气处理效果正日益获得环保研究者的青睐，该技术可以用来治理二氧化硫、氮氧化物等给环境以及人类带来严重危害的废气。大气压等离子体在废气处理方面的应用价值很高，目前我国对该方面的研究还只处于初步阶段，如果继续对大气压等离子体在废气处理中的应用展开深入研究，可为我国的大气环境污染整治工作做出突出贡献。
参考文献：
关键词：橡胶 表面改性 物理技术改性 化学技术改性
在较多情况下，橡胶材料在日常生活、工作中的应用是通过表面和表面的性能来完成的。橡胶表面改性是在橡胶基材性质不受影响的前提下，为了使其可以使用一些特定的用途或特殊性能，而对橡胶的表平面性质进行改变。硅橡胶是一种表面疏水性物质，然而可以借助器表面改性而促进表面亲水性能的提高，从而充当生物材料，使其应用范围得到扩展；以不影响材料强度作为前提条件，通过表面改性可以使旋转轴密封圈的表面摩擦减小。按照改性目的可以将橡胶材料表面改性分成改变表面亲水性能、该表表面摩擦性能以及改变表面粘合性能等；根据其表面大分子的变化可分成化学改性和物理改性。文中根据橡胶材料的改性方法对其表面改性进行分析探讨。
一、化学技术改性
橡胶表面化学技术改性是指材料表面通过化学反应剂而生成化学反应，然后使材料表面发生化学结构的改变，促进材料某种性能的提高。这种化学技术改性属于橡胶表面的化学改性，所涉及到的化学反应假破位复杂，如取代反应、置换反应以及环化反应等。
1.表面卤化
橡胶表面卤化包括了表面氟化、表面氯化、表面溴化、表面碘化。其中表面氟化是橡胶材料表面通过氟气或二氟化氙接触形成化学反应，当前多以二氟化氙完成表面氟化。橡胶表面氟化的机理是在化学反应时间延长的情况下，氟原子取代了橡胶表面的氢原子。经过试验研究，表面氟化后增大了橡胶表面的平整性、耐腐蚀性、耐磨性与耐油性，同时也增大了橡胶的硬度，降低了其强伸性能。表面氯化则是通过含有有机溶剂的氯化剂对橡胶表面进行处理，进而促进橡胶表面能够和其他有机材料间的粘合力得到增强，最常用的表面氯化剂为三氯氰酸。表面溴化则将橡胶材料浸泡在溴化物配制的酸性水溶液中，从而促使橡胶材料的表面结构形态发生改变。研究表明：对任何硫化体系硫化胶进行表面溴化处理，均可得到相同的作用；同时不会对硫化胶的强伸性能和硬度不会产生影响，但是对橡胶的耐磨性和耐介质性有着明显的改善作用。表面碘化能够使橡胶接触工作面的面积减小，进而使摩擦因数减小。
2.表面磺化
橡胶表面改性方法中的表面磺化通常是在硫酸或者亚硫酸溶液中将橡胶材料浸渍的过程。该改性方法的效果是打开橡胶表面的C-C键，然后在中一个[C]上接上-SO3H，图一为其反应机理。
根据图一可知橡胶材料在进行表面磺化反应过程中有环化反应的伴随。不同于碘化反应的是，橡胶表面经过磺化反应后的光滑度更大，增大了表面刚度。
图一 表面磺化机理示意图
3.表面氧化和共价功能化
橡胶材料的表面氧化常常是以浓硝酸、浓硫酸等强氧化性酸打开其表面的C-C键，经过氧化作用，碳原子形成羧基、羟基、羰基等极性基团，从而使橡胶表面从化学惰性转变成极性化或者活化。从而提高橡胶表面自由能，提高浸润性，促进粘合强度的增强。需要注意的是氧化容易造成橡胶表面的细微裂痕，如果进行大批量生产，则不能够准确的掌握处理程度，同时浓酸的大量应用会差生环境污染。
在光和热的作用下，叠氮基苯可分解形成高反应活性的氮宾介质，同时在C-H和N-H间插入，从而形成共价改性产物，形成致密的涂层。在蛋白质分析中发现，该涂层能够阻止蛋白质的渗出。此方法在医用天然乳胶制品中应用，如医用导管、手术用手套等。
二、物理技术改性
橡胶材料的物理技术改性是借助物理技术实施橡胶表面的改性一类方法。通常，橡胶材料在采用物理技术改性后，其表面大分子结构会发生化学变化，追其本质，也还是属于化学改性；然而也有部分橡胶表面的原有结构未发生改变，这种才可称作为真正的物理改性。
1.表面涂层
表面涂层技术是将具备某种特殊共嫩的物质覆盖在橡胶表面上，不会对橡胶表面性质产生改变作用。形成橡胶表面涂层的方法较多，其中有静电喷涂法、溶液浸涂法、配成涂料覆法、加热沉积法，以及媒介法等等。表面涂层可按照作用分成减小摩擦因素涂层和防老化涂层等。
2.等离子技术
等离子体是由正负离子、电子、中性粒子等高能离子与紫外线组成的。在高分子物质的表面改性过程中，采用等离子体技术可分为等离子体处理、聚合、接枝聚合等。其中等离子体处理是把橡胶材料在非聚合性气体的等离子环境中暴露，然后在借助等离子体对橡胶材料的表面进行轰击，使橡胶材料的表面结构发生较大的变化，完成表面改性。研究表明，硅橡胶在经过不同介质处理后的表面亲水性能均得到改善。但是硅橡胶表面经氩气和氧气等离子处理后，其血液相容性降低，经氨气和氮气等离子体处理后，其抗凝血性能增大。等离子体聚合是在聚合性气体中将橡胶材料暴露在其中，有较薄的一层聚合物膜沉积在橡胶表面上，此时橡胶材料表面特性则由这层聚合物膜表现出来。
3.物理技术引发的表面接枝聚合
在橡胶表面改性处理过程中，等离子体接枝聚合是橡胶材料通过等离子体处理后，使具有功能性的单体在表面活性自由基的作用在下在橡胶材料表面完成接枝共聚。橡胶表面在虽然在等离子体处理后形成自由基和交联双键，可引入极性基团，然而最后的改性效果将会随时间的增长而降低；在内部应力的作用和影响下，等离子体聚合薄膜往往会出现破裂和卷曲，或者由于薄膜和基质的结合方式为非共价键而出现剥离等等；而采用等离子体接枝聚合技术恰恰将这些缺点能够弥补。在促进硅橡胶生物相容性提高的同时，也在一定程度上增大了橡胶表面改性的持久性。
三、结束语
材料和外界环境之间的相互作用常常是通过表面来完成的。在日常应用过程中，橡胶的表面性能涉及到的其他性能较多，如粘合性、生物相容性、防老化性和耐磨性等等。因为，为了能够将橡胶的表面性能充分的发挥出来，不仅要研究橡胶表面的润湿性、化学特性、界面相互作用、表面能等，还应当才从微观结构对橡胶的表面分子进行研究，进而探索出新的橡胶表面改性方法，使其能够适应各种不同的环境。
参考文献
[关键词]等离子体；调查表；抗逆性
中图分类号：S5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0141-01
等离子体种子处理技术采用的是物理方法，无任何化学物质残留及污染，大大保护了环境，对于开发绿色环保食品具有重要作用。同时，等离子体种子处理技术方法简单，机器作用环境无特殊要求，操作控制为 “傻瓜”式，用旋转钮调整到合适的剂量后，由上边倒入种子，下边接装种子即可。适合农村基层使用和经营，且技术可靠、运行成本低，非常容易推广。
等离子体种子处理技术不仅属于农业高新技术，也属于农业平台技术。它必将成为农村种植业增产增收的重要科技手段，市场前景十分可观。
1 试验目的
玉米应用等离子体处理种子，是应用等离子体发生机器，按照一定的电流、电压要求发生电子流处理玉米种子，从而来增强种子的活力。播种观察记载种子出苗情况，幼苗长势及整个生育期生长发育情况，包括其抗逆性等，并通过田间调查和采样后室内考种综合分析比较，来了解其促进玉米生长发育的作用如何，增产效果如何，为今后大面积推广做好准备。
2 试验处理
该试验应用的品种：先玉335。
2.1 处理1：应用等离子体处理（两遍）的种子。
2.2 处理2：对照（CK）。
3 试验情况
试验地点设在某乡某村，落实农户赵××，前茬“大豆。应用品种先玉335，种植面积5336m2。试验设计采用大区对比法，其中，处理1种植面积4002m2。处理2（CK）种植面积1334m2。土质为岗地白浆土，采用机械精量点播，化学封闭除草，四叶期人工间苗定苗，九叶期亩追尿素13.8kg。生长季节趟地两次，铲地一次。
4 调查与分析
通过表1可以看出：处理1比处理2早出苗4d，早拔节2d，早抽雄3d，早成熟3d。
通过表2可以看出：处理1比处理2穗长长0.4cm，穗粗粗0.1cm，穗粒数多31粒，百粒重重0.6g，亩产高49.2kg，较处理2 （ck）增产8.3%。
通过表3可以看出：处理1比处理2主根系在出苗期长8cm，在抽雄期长4cm，在成熟期长7cm；须根数在出苗期多3条；节根数在抽雄期相等；茎粗在出苗期、成熟期均比ck粗0.2cm；株高在出苗期高11.6cm，在抽雄期高17cm。
5 结果分析
经过等离子体机应用等离子体处理的种子表现为生命活力增强，发芽率明显提高；出苗整齐、苗期提前、根系发达；抗旱抗病能力增强；增加穗粒数、提高百粒重，亩增产8.3%；促进早熟、品质改善。增产增收效果明显。
6 等离子体种子处理技术中应注意的问题
通过试验总结，在使用等离子体种子处理机处理种子时应该注意以下几方面问题：
一是注意处理的最佳时机，结果证明，种子在处理后的5-12天之间播种产量最高，提前或超过这个时间产量提高的幅度小，但是没有害处。
二是注意处理次数和剂量，处理2-3次效果最佳，超过三次以上没有不同效果，所以处理次数不用超达三次。
关键词：低温等离子体灭菌器 手术室 应用
【中图分类号】R-1 【文献标识码】B 【文章编号】1671-8801（2013）10-0608-02
随着医学科学的不断发展，越来越多的医疗器械选用不耐高温的材质，如内镜类，灭菌方法不能选用高温高压蒸汽灭菌法。低温灭菌方法很多，近几年也发生了变化，由传统的化学消毒剂浸泡、熏蒸等方法发展到环氧乙烷、低温等离子灭菌器等。我院于2008年7月为手术室购进了一台牡丹江等离子体物理应用科技有限公司生产的凯斯普牌CASP-120型过氧化氢等离子体灭菌器，2008年8月启用，通过检测，各项指标均能达到灭菌标准，充分保证了灭菌物品的无菌质量和医护人员的健康，现将方法介绍如下：
1 材料与方法
1.1 低温等离子灭菌器需要的介质：①55%～60%过氧化氢：每锅要求专用灭菌剂约9mg/L。②纸塑包装袋：用于不长灭菌物品的包装。③无纺布：用于常用器械的包装。④化学指示卡和化学指示胶贴：用于包内和包外灭菌合格的检测指标。⑤塑封机：利用高温使纸塑包装袋包装完器械后封口。⑥真空泵：用于负压下与过氧化氢的充分扩散。⑦功力源：用于特定条件下，将扩散进灭菌腔的过氧化氢击发成等离子体。⑧灭菌腔：用于放置需灭菌的物品。⑨电脑操作系统：用于整个灭菌程序的监控与执行。
1.2 物品选择：①可用于低温等离子体灭菌的物品：麻醉用具、气管插管、关节镜、腹腔镜、胸腔镜、膀胱镜、宫腔镜、除颤器电极、各种导线、电刀、电钻、电锯、双极电凝、光源导线、镜头、管腔类等。②禁用过氧化氢等离子体灭菌的物品：内径400mm不锈钢管状器械；吸湿材料（木质器械、纤维、棉织物、纱布、油纱等），一次性器械（一次性防水织物、一次性手术衣等）液体或粉末；不完全干燥的物品；一端闭塞的内腔；海绵类。
2 灭菌方法
2.1 灭菌前物品准备：灭菌前应将物品彻底清洗洁净，管腔用毛刷刷洗，能拆开的部分应拆开清洗。先用1∶270全效多酶洗剂浸泡2～5min，然后用超声清洗机清洗，结束后用流动水、高压水枪、高压气枪清洗并烘干，由敷料室护士核查后打包消毒。
2.2 物品的包装：①不常用的物品与器械：用等离子体专用纸塑袋包装，包内放置化学指示卡，灭菌后注明有效期6个月。②经常或近期要用的物品或器械：用双层无纺布包装，破损的无纺布要及时更换，包内放置化学指示卡，包口用化学指示胶贴封口，灭菌合格后注明有效期为3个月。③禁止裸消：为保证灭菌后的安全，禁止裸消。④包装袋不能重复使用，不能进行第2次灭菌，避免失去屏障作用。⑤包装完毕后记录待灭菌物品名称、数量、科室、灭菌时间、日期、操作者。
2.3 器械的摆放：器械摆放于灭菌室内，器械容器与包装袋摆放时，不可与真空室内的金属壁接触，否则会影响等离子体的释放与过氧化氢的雾化。灭菌包装袋要平放在载物架上，透明面朝下，不可相互重叠摆放，以免影响过氧化氢等离子体的穿透。
2.4 灭菌模式：操作前先选择灭菌模式：①加强模式（69min）应用于内径≥1mm，长度1m管腔类器械的灭菌；③快速模式（41min）应用于不含管腔类、实芯类器械。
3 灭菌过程及效果监测
3.1 灭菌过程检测：灭菌完成自动打印，打印信息内容将显示整个灭菌过程。内容包括运行次数、日期、运行状态、压力值、灭菌剂、灭菌温度、注液量、开始时间、结束时间、运行时长、灭菌全过程。保留打印记录备档，每锅都要进行保留。
3.2 生物监测：每锅做1次生物监测，用本公司生产的专用生物监测试剂送检验科，每月感染科进行不定期的抽检。
3.3 化学监测：①化学指示卡：将等离子灭菌指示卡置入每个包装内，检测过氧化氢（灭菌剂）的穿透力，当过氧化氢充分扩散时，化学指示卡由灰色变为黄色。②化学指示胶带：将等离子灭菌化学指示胶带黏贴在无纺布材料的开口处，功能与指示卡相同，包内指示卡和包装袋的塑面变色区均变色后物品才可使用，双重监测进一步保证了物品灭菌的安全性。
4 讨论
4.1 低温等离子灭菌的原理：其原理是高浓度（60%）的过氧化氢注入灭菌腔内后，利用过氧化氢气体弥散和其等离子阶段释放出的等离子，作用于微生物细胞，酵素及核酸，破坏其生命力而达到灭菌的目的。
4.2 特点：①过氧化氢低温等离子灭菌技术具有高效性，其灭菌剂能够渗透一些细小的夹缝裂隙，杀死位于管腔、有孔上的芽胞；②过氧化氢等离子低温灭菌时间短，不影响连台手术的等待时间，提高了器械的使用率和周转率，可以减少贵重器械的购置，降低医院成本；③过氧化氢等离子低温灭菌对环境无污染，对操作人员无损伤，它只需要工作室和普通电压，不需要蒸汽、水以及特殊的通风排水设施，灭菌后降解为水和氧气，对患者、操作人员及环境更安全；④使用过氧化氢等离子低温灭菌器灭菌内镜对内镜损耗小，因为其灭菌温度45～50℃，对金属表面作用温和，器械无损伤，而且是终端灭菌，出锅后马上能使用。
4.3 注意事项：①对灭菌的器械应充分干燥，否则机器将会在抽真空步骤自动报警停机，如出现这种情况，应将灭菌器械重新干燥、包装，并更换新指示卡。②更换过氧化氢灭菌剂时操作人员应戴手套保护皮肤，避免皮肤与过氧化氢接触。③在器械水分过多、过氧化氢用完、机器温度过低等情况时机器报警，并显示报警原因及指导如何操作，应及时解除报警使机器正常运行。
高能辐射的种类
高能辐射又称为高能射线或电离辐射，与物质作用后能够产生激发和引起电离［1］。高能辐射的种类主要有以下几种［1］：a）重荷电粒子，主要有质子、核、介子、超子、粒子及核裂变碎片；b）快速电子，带有负电荷；c）高能光子，波长短于100A。的电磁波，其静止质量为0；d）中子，其静止质量与质子相似，不带电，易与物质引起核反应，它的寿命较短。目前在辐射加工中所采用的射线主要有加速器所产生的快速电子，放射性核素产生的γ射线，X射线机所产生的X射线等［1］。高能辐射化学反应具有能量比较高，范围为几千电子伏特（keV）至几百万电子伏特（MeV）；辐射化学反应中的一个高能粒子可产生很多激发分子或离子，在作用过程中所生成的活性粒子种类很多；辐射化学反应中活性粒子集中于入射粒子的径迹上，然后再进行扩散等优点［1］，因此能引起一些采用热学或光化学法所难以达到的反应。高能辐射接枝技术就是利用高能射线对物质进行照射，使聚合物分子链产生自由基引发单体接枝，从而使接枝处理后物质的物理或者化学性质达到人们的要求。
高能辐射接枝技术的加工方法
高能辐射接枝技术在纺织品改性中常用的有共辐照和预辐照两种加工方法。
共辐照法接枝。高能辐射的共辐照法接枝是将被加工物质和单体同时辐照，物质在射线作用下产生自由基，直接单体聚合，并与被加工物质反应得到接枝共聚物［4］。共辐照接枝主要采取两种方法：一种是被加工物质在单体反应液中辐照引发接枝，另外一种是被加工物质浸轧单体后放入辐射场反应［5］。共辐照方法中自由基的利用率高，因而接枝所需的辐照剂量低，但共辐照时单体较容易形成均聚物，所以实验中应设法减少均聚物的形成［4］。
预辐照法接枝。高能辐射的预辐照法接枝聚合是指先将被加工物质放入辐照场辐照一定时间后取出，再放进单体反应溶液中进行接枝共聚反应［5］。辐照时需要限氧或绝氧，目前也有空气中进行高能辐射接枝的研究。预辐照法最大优点是单体不受射线照射，因而均聚物很少，但预辐照法接枝中能引发接枝反应的自由基所占的百分率低于共辐照法，因此接枝所需的辐照剂量要比共辐照法的大［4］。相对于共辐照发，预辐照法辐照接枝操作更简单，接枝样品的洗涤更为方便［5］。
纺织品接枝改性中常用的高能辐射接枝法
目前应用的高能辐射，按照辐射源可分为：放射性的天然物质如镭、铀等及钴、铯”等放射性同位素与核反应堆产物等；用机械发生的如电子束、X射线、微波、紫外线等两大类。纺织业上使用较多的是钴、电子加速器、紫外线和低温等离子体4种［6］。
γ射线接枝处理。γ射线是与光一样的电磁波，但是能量比可见光要大得多。γ射线粒子相对能量高、穿透能力强，可深及纤维内部，可用于加工较厚的物体。相比于电子加速器，γ射线源的剂量均匀性要比加速器所产生的电子射线好得多。目前在工业加工中使用的射线源主要有Co－60和Cs－137。γ具有易于大量生产，价格较便宜，操作、使用与维护方便，并以金属状态存在，还有可根据使用需要制成不同形状等优点。因此是目前辐射加工中使用得最多的γ辐射源［1］。Co－60能放射出高能量的γ射线，使纤维上产生自由基引发接枝反应。目前将γ射线接枝技术应用于纺织品接枝改性的研究有，周绍强研究采用了Co－60γ射线在有氧和无氧氛围中预辐照真丝，引发真丝与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的接枝共聚反应，从而提高丝织品的抗菌能力［5］；胡盼盼等研究在氮气环境中，真丝在单体（N，N一亚甲基双丙烯酞胺）溶液中进行Co60—γ射线照射，处理后真丝显示良好的抗皱性［7］。还有通过射线引发蚕丝均相溶液接枝丙烯腈，再将接枝液纺丝。这样使废丝得到充分的利用［8］。
电子束接枝处理。电子束辐照技术就是利用高压电场加速的高能电子束照射物质，通过高能电子使物质产生激发态分子引发各种化学反应，从而改变或改善物质的性能。电子束的发射装置是电子束辐照装置又叫电子加速器电子。电子加速器分为：低能端（0．1～0．3MeV）电子帘加速器、中能端（0．3～5MeV）地那米加速器、高能端（3～10MeV）电子直线加速器3种。低中能加速器通常采用直流高压，加速的是连续的电子束；高能加速器，也可能采用高频高压微波功率源，此时，加速的是脉冲电子束。加速器的功率很大，射线能量易于控制，但是电子束在被加工物质中的穿透能力很低，能量分布均匀性较差，因此常用于加工薄膜、薄壁或者物体的表面，如果加工较厚的物质则需要采用两侧照射使物质得到充分均匀的辐照［1］。对于疏水性纤维基材在亲水性单体水溶液的接枝处理，采用膜封方式电子束接枝聚合法可取得较好的接枝效果。膜封方式电子束接枝聚合法以狭窄的膜间为反应槽，在两高分子膜之间夹入单体溶液和基材，形成薄层单体水溶液，实验中对膜进行电子束照射，利用电子束的渗透能力，使单体与基材整体均匀接枝。膜封方式电子束接枝聚合法的优点：单体溶液被强制性地附着于纤维基材，可提高反应的均匀性，解决了共辐照处理过程中基材上单体浸渍的不充分所造成的接枝不均匀的现象；单体溶液只供给纤维基材接枝必需量，解决了采用预辐照法时单体溶液呈现的粘稠状态，容易产生大量的均聚物，使单体不能有效利用，产生浪费的现象；膜可抑制空气中氧的进入，而不需使用氮气保护，方便生产［9］。在纺织品的电子束接枝处理研究中，通过电子束接枝处理后可以改善纺织品的各种性能，如：亲水性、抗静电性、阻燃性等性能。刘伟，郝建钢［10］利用地那米型电子加速器将单体甲基丙烯酸（MAA）、丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AAm）分别与涤纶织物进行共辐照接枝，接枝后样品无熔滴现象，阻燃性能得到了改善，且织物的浸润能力有所提高。刘今强等［11］采用帘式电子加速器对蚕丝和棉纤维进行2D树脂及BTCA的预辐照和共辐照交联试验；提高了织物的抗皱性。并且用预辐照和共辐照方法对羊毛纤维进行甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）的接枝试验，结果显示羊毛的HEMA电子束辐照接枝是有效的，在优化的条件下，接枝率可以达到20％以上［12］。
等离子体接枝处理。等离子体是由高能粒子（电子，正负离子，中性粒子）和紫外线组成［13］。等离子体分为高温等离子体（或者平衡等离子体）和低温等离子体（或者非平衡等离子体）两类。由于纺织品在高温下易受损，所以，目前在纺织品领域中应用的等离子体主要是低温等离子体［14］。等离子体接枝聚合（PGP）法，运用等离子体促使纤维表面大分子活化，生成自由基，大分子自由基引发接枝单体反应，使单体接枝到纤维表面，构成新表层。等离子体表面处理生成的自由基寿命比较长，在常温空气中，约有65％的自由基非常稳定，寿命在10d以上；随着温度的升高，自由基活性增大，不稳定的自由基容易重新结合，自由基强度迅速减少，当温度从25℃升高到100℃，5min内自由基强度即减少20％～45％［13］。等离子处理常用的气氛环境有氩气（Ar）、氧气、氮气和空气等，不同气氛等离子体引发的接枝改性存在差异。如李淳和王晓研究了不同气氛下大气压介质阻挡放电引发亚麻织物接枝丙烯酸的效果与差异，结果表明，空气、氦气等离子体引发产生的接枝物比氮气引发产生的要均匀，其中空气等离子体处理的效果最好［15］。低温等离子体表面改性是一种以物理手段处理纤维，使纤维达到与化学处理一样效果的方法［14］。低温等离子体引发单体在织物表面发生的接枝聚合反应仅限于纤维、高分子材料的表面，其深度比其它渗透性辐射要小得多，强度则大得多。等离子体处理改变了纤维的表面特性，从而使纤维具有理想的应用效果，但是不破坏纤维自身的性质，这样既可保持织物原有优点，又可赋予其新特性或消除某些缺点。同时等离子体表面改性是干态处理，清洁高效，操作简单且易控制，节约用水，环境污染小［14］，具有广阔的发展空间。目前纺织品接枝改性处理利用的低温等离子体接枝技术主要有电晕放电、介质阻挡放电、微波放电和次辉光放电低温等离子体处理。
电晕（corona）放电是指当气体局部击穿后绝缘破坏，其内阻降低，放电迅速越过自持电流区后便立即出现极间电压减小的现象，并同时在电极周围产生昏暗辉光［16］。电晕放电与火花放电、辉光放电、弧光放电在相应条件下可以相互转化［17］。电晕放电处理的作用机理有氧化理论、降解理论、氢键理论、交联理论、臭氧理论和驻极体理论等几种说法［18］。电晕放电可以在大气压或更高的气压下工作［17］，被广泛应用于高分子材料的表面改性。目前在纺织品接枝改性方面的研究有，郭玉海等［19－20］采用在引发剂参与下，电晕放电引发棉织物和涤纶织物表面接枝丙烯酸。电晕放电的能量比介质阻挡放电和大气压下辉光放电能量要小，并且放电形式为丝状放电，能量不均匀导致织物表面接枝不均匀，但是处理时间短、速度快，可在线上进行；无废液污染；操作很简单。
介质阻挡放电（dielectricbarrierdischarge，DBD）又称为介质阻挡电晕放电或无声放电，是有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电。介质阻挡放电能够在高气压和很宽的频率范围内工作，通常工作气压为大气压，电源频率为50～1MHz［17］。介质阻挡放电在常压下能够产生高能量的非平衡等离子体，能够在低温或者常温条件下引发各种化学反应。在介质阻挡放电诸多形式的电极结构中，平板式电极结构被广泛应用于工业中高分子和金属薄膜及板材等材料的加工改性［17］。目前通过介质阻挡放电对纺织品进行接枝改性处理的研究很多，如祝侣等［21］利用介质阻挡放电发生器产生的低温等离子体对面料进行接枝改性处理，在海藻酸纤维表面接枝丙烯酰胺，改善纤维的耐碱性。处理后纤维的耐碱性得到改善，吸湿性没有显著变化，并且大部分纤维的断裂强度有所提高，实验中得到最佳的工艺条件为：放电功率100W，放电时间4min，丙烯酰胺质量分数40％，接枝时间60min；宋路明等［22］通过介质阻挡放电引发亚麻接枝丙烯酰胺，提高亚麻的染色性能；李淳等［23］采用大气压介质阻挡放电将混合单体（苯乙烯和丙烯酸）接枝到亚麻织物上，提高了织物的染色性，同时实验结果显示混合接枝单体能够抑制单体本身的均聚反应，提高单体的接枝率等。介质阻挡放电的不足之处是放电不稳定，难以对材料进行均匀处理，并且放电形式是成丝状放电，控制不当易转变成弧光放电［17］。
微波低温等离子体是在2．45GHz的微波高频率下放电而获得的低温等离子体，相对于常规射频电场（13．56MHz）放电产生的等离子体，它具有电子密度高，能量大，更易于引发物理变化和化学反应的特点［24］。目前马晓光等［25］在纺织品的微波等离子接枝处理方面进行了很多的研究，如利用Ar微波等离子体引发接枝聚合法，将2－丙烯酰胺－2－甲基丙磺酸（AMPS）接枝聚合到棉针织物上，使PAMPS凝胶与纺织品相结合，从而使织物的静水压具有随环境湿度的变化而自动调节的智能性；张晓林等［26］研究了聚酯膜微波低温等离子体接枝丙烯酸处理；还有通过微波低温等离子处理在纯棉针织物上接枝CF4，处理后织物的拒水效果显著［27］；于丹琦等［28］在真丝上接枝新型磷系阻燃剂增加织物的阻燃性能，等等。
大气压次辉光放电是1968年加拿大渥太华北方电力公司RBartnikas的发现，他发现在短间隙的平行金属板之间（或覆以介质）的氦气（He）交流放电中，产生了脉冲或无脉冲的辉光放电，他将这种放电定义为“Pseudoglow”（次的、假的）放电［29］。大气压次辉光放电呈现均匀的雾状放电，并且大气压次辉光放电所需能量密度较小，可在每半个周期内多次均匀放电、产生更多活性粒子、持续时间更长，可在大气压下进行操作等优点［29］。大气压次辉光放电技术己经成熟，并被应用于工业化的生产中如材料表面接枝、表面催化，物质的化学合成，以及各种粉、粒、片材料的表面改性和纺织品的表面处理等。上海市纺织科学研究院利用高压脉冲电源，通过在极板与介质之间覆盖金属网，实现了空气中次辉光放电，并已成功地应用于羊毛纤维的表面改性［29］。汪毅［30］采用常压次辉放光等离子体对PE／PP非织造布进行预处理，然后与甲基丙烯酸接枝聚合改性。接枝处理后非织造面料的润湿性能，染色性能和抗静电性能都得到了提高。大气压次辉光放电均匀性好，处理纺织品和碳纤维等材料不会出现击穿和燃烧现象，处理温度接近室温，而且效率高，成本低，适合纺织材料的表面改性处理，有很好的应用前景［29］。
紫外线接枝处理。紫外线（UV）是波长比可见光短，但比X射线长的电磁辐射。紫外光在电磁波谱中范围波长为10～400nm。紫外光（UV）具有高能量、清洁环保、节水节能、常压空气中可以操作的特性，因此近年来引起了人们关注，被广泛应用于材料的改性。紫外光引发纺织品的接枝改性是利用光引发剂先吸收紫外光的辐射能分裂成自由基，然后将自由基转移给纤维素大分子得到纤维素大分子自由基，最后纤维素大分子自由基引发单体发生接枝聚合反应。杨启鹏等［31］利用光引发剂（2，4，6－三甲基苯甲酰基－二苯基氧化膦）引发亚麻织物与丙烯酰胺发生接枝聚合反应。张富青和江学良［32］以甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）作为接枝单体，采用紫外辐照方法，对PBT无纺布血液滤进行表面改性。接枝后纤维表面变得粗糙，并且表面有颗粒状附着物，明显提高了PBT无妨布的吸湿性。还有利用紫外线对尼龙66织物进行阻燃处理，表面接枝丙烯酰胺，提高织物的阻燃性能［33］。蒋孝山采用紫外线引发接枝聚合的方法，将丙烯酸接枝到PVC纤维的表面；经表面改性后，改性纤维膜对阳离子艳红染料的吸附性变好［34］。
摘要：
用激光溅射-分子束技术研究了气相中铜等离子体与甲醇分子团簇的反应，实验中观察到了Cu+(CH3OH)n、Cu+(H2O)(CH3OH)n、H+(CH3OH)n等团簇离子。实验表明产物离子主要是激光等离子体中的电子与甲醇团簇碰撞电离产生的。当激光能量不同时，离子产生的信号随着激光能量增大而前移，在分子束的不同部位进行反应得到的产物离子强度也不同。
关键词：
激光溅射；铜等离子体；甲醇团簇；飞行时间质谱
1引言
研究过渡金属与有机分子在气相中的相互作用，可以帮助人们认识金属离子作为活化中心的催化行为，从而制造高活性的催化剂。团簇是几个乃至上千个原子、分子或离子通过物理或化学结合力组成相对稳定的集合体，其物理和化学性质随所包含的原子数目而变化。团簇的直径一般在亚纳米或纳米量级，其性质既不同于单个原子分子，也不同于大块固体，更不能用两者性质作简单线性外延和内插得到，是单个原子、分子到宏观固体之间的过渡态。研究其合成及分解的原因极其重要。因此研究过渡金属与团簇反应的理论与实验研究日益引起人们的关注。过渡金属铜在日常生产生活中是一种的重要的金属材料，它的物理特性，聚集结构形式和聚集体的尺寸能够影响其反应性能和选择反应性。同时铜作为一种催化剂在甲醇团簇的分解和合成方面起着重要的作用[1-9]。在研究过程中发现，铜作为催化剂的活性组分，在反应中与其价电子有关，一般认为铜原子Cu0是主要的活性中心，Cu+比CuO具有更高的活性，而Cu2+则活性较差[10]。甲醇是一种重要的化工基础原料，是许多碳氢化合物的合成、分解、氧化反应过程的中间体和前驱体。有关过渡金属、团簇、甲醇及其相互反应的理论与实验研究多见报道，因此，研究铜和甲醇的反应意义十分重要。付鹏、唐晓闩等通过激光溅射——分子束技术对Co+和甲醇团簇的反应进行了研究，并对Co+(CH3OH)n、Co+(H2O)(CH3OH)n、H+(CH3OH)n的形成机理进行了解释[11]。罗晓琳、牛冬梅等利用激光溅射——分子束技术对铜离子和乙腈团簇的气相反应进行了研究，并说明了Cu+(CH3CN)n是由铜离子和乙腈团簇直接作用而成，而H+(CH3CN)n主要是激光等离子体中的电子与乙腈团簇碰撞电离产生的[12]。但是，有关铜离子与甲醇团簇的反应研究并不多见，而研究它们的反应过程有助于理解其催化作用及反应过程的化学本质。本文是利用激光溅射——分子束方法，结合反射式飞行时间质谱，在低激光能量下对Cu+与甲醇团簇在气相中的反应进行了研究。实验中得到了Cu+(CH3OH)n、Cu+(H2O)(CH3OH)n、H+(CH3OH)n等团簇离子，并研究了产物离子随分子束延时和激光能量的变化特点。
2实验装置
实验装置系自建平台，如图1所示，甲醇与氩气载气在样品池中充分混合后，经脉冲阀喷出，形成超声射流分子束。YAG激光（Surelitell-10型）泵浦的脉冲染料激光（Sirah，PRSC-D-30型）产生的连续可调谐激光，经透镜聚焦在由步进电机带动旋转的金属铜靶表面溅射产生等离子体，与随后到来的超声分子束反应并被载气带入时间飞行质谱的离子引出区，这时离子引出极加一脉冲电压，将离子推入反射式飞行时间质谱仪的加速区加速后进入无场区飞行，随后经一组离子反射透镜反射，并被微通道板接收转化为电压信号，通过数字存储示波器观察到质谱信号，再由计算机进行采集和数据处理。脉冲阀的开启宽度与染料激光束之间的延时由DG535四路脉冲发生器控制。实验采用的烧蚀激光波长为355nm，激光能量可调。实验中反应腔由抽速为1200L/s的涡轮分子泵进行抽空和抽速1500L/s的高真空油扩散泵。实验时腔内工作压力为5.0×10-5Pa，通入载气后的真空达到2.0×10-3Pa。实验中铜靶（德阳科创新材料有限公司）的纯度达到99.5%，甲醇（上海永铭化工有限公司）分析纯。主要仪器反射式飞行时间质谱仪委托中国科技大学设计完成。
3实验结果与讨论
3.1激光溅射铜靶与甲醇团簇反应结果
图2是实验得到的飞行时间质谱图，它是由355nm激光溅射铜靶产生铜等离子体与甲醇团簇反应形成的。实验中的产物有Cu+(CH3OH)n、Cu+(H2O)(CH3OH)n、H+(CH3OH)n等离子团簇，其中主要产物是Cu+(CH3OH)n。由于铜有两种同位素的影响，实验产物H+(CH3OH)n+2与Cu+65(CH3OH)n在质量数上完全重合。在n=3是团簇峰值最强，图像未作放大处理。在实验中，355激光通过透镜聚焦溅射金属铜靶，产生的铜等离子体中含有Cu+和电子，其与甲醇团簇的进一步反应形成了上述系列的团簇离子。缔合物团簇Cu+(CH3OH)n是等离子体中具有一定能量的Cu+与甲醇团簇碰撞，然后再脱去一个或多个甲醇分子生成的Cu++(CH3OH)mCu+(CH3OH)n+(CH3OH)m-n（n<m-1）（1）实验中观察到的Cu+(H2O)(CH3OH)n团簇离子。我们认为它的产生形式是等离子体中的电子、热原子或离子，与甲醇分子碰撞解离产生的水，经多体碰撞先生成(H2O)(CH3OH)n，然后Cu+再与之反应得到[13]。e+(CH3OH)n=CHO-+H2O(CH3OH)n-1（2）Cu++(CH3OH)n=Cu+(H2O)(CH3OH)n-2+CH3OCH3（3）我们在实验中还观察到H+(CH3OH)n团簇离子，它可能是等离子体中的电子与团簇碰撞，通过下面反应产生的[14-15]。e+(CH3OH)mH+(CH3OH)n+CH3O(CH3OH)m-n-1+2e（4）
3.2激光能量对产物的影响
图3是我们固定激光延时，改变激光能量后得到的飞行时间质谱图。从图中可以看出随着激光能量的变化，团簇的尺度也有较大的变化。例如在能量达到0.1mJ/pulses时，团簇离子的产物主要是Cu+(CH3OH)n（n=2～7），Cu+(CH3OH)5的信号最强。在能量增加到0.5mJ/pulses时，团簇离子的主要产物是Cu+(CH3OH)n（n=2～6），Cu+(CH3OH)4的信号最强。在能量达到1mJ/pulses时，团簇离子的主要产物是Cu+(CH3OH)n（n=1～6），Cu+(CH3OH)3信号最强。随着入射激光的能量增加，会导致产生的铜等离子体中的电子和离子的动能增大，而反应产生的团簇离子不够稳定会进一步分解，同时产生的团簇离子受到其它动能较大的电子、离子或原子的碰撞也会导致形成的团簇离子分解，因此实验中观察到随着入射激光能量的增加，所得到的团簇离子的尺寸变小[11]。
3.3激光延时对产物离子的影响
图4是固定激光能量，通过调节激光延时所得到的飞行时间质谱图。在激光延时130μs时，团簇离子的产物主要是Cu+(CH3OH)n（n=1～4），Cu+(CH3OH)2信号最强；在激光延时170μs时，团簇离子的产物主要是Cu+(CH3OH)n（n=1～5），Cu+(CH3OH)4信号最强；在激光延时250μs时，团簇离子的产物主要是Cu+(CH3OH)n（n=2～7），Cu+(CH3OH)5信号最强。从图中我们观察到，整个团簇离子分布在激光延时的中段达到最强。一般而言，在分子束的形成过程中，中段的气压较大，利于团簇的形成，因此在中段产生的团簇离子峰值最强。
4结论
气相中激光烧蚀铜等离子体与甲醇团簇反应可以有效产生金属铜有机物团簇离子。依据实验流程各产物的作用机制，我们认为Cu+(CH3OH)n是由激光溅射产生的铜离子与分子束甲醇团簇分子碰撞合成反应得到。Cu+(H2O)(CH3OH)n是等离子体中的电子与甲醇分子碰撞脱水，经多体碰撞生成(H2O)(CH3OH)n，然后再与铜离子反应缔合形成的。H+(CH3OH)n产生是由甲醇团簇与电子碰撞脱去CH3O(CHOH)m形成的。产物离子随外界条件的变化，尺寸也会发生相应的变化。当脉冲激光的能量增加时，大尺寸的团簇离子被解离为更小尺寸的离子，致使小尺寸的团簇离子信号明显增强。由于形成的分子束各部位的气压不相同，在脉冲分子束的中段因气压较大，因而产物离子信号峰值最强。实验表明可以通过调节激光能量和激光延时来获得合适的团簇尺寸。
参考文献：
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关键词：挥发性有机物；VOCs治理技术；低温等离子体技术；光催化技术；膜分离技术
1 概述
随着我国工业化的迅速推进，各种环境问题日益突出，其中挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，简称VOCs）的污染得到广泛关注。根据世界卫生组织等机构的定义，VOCs是指沸点在50℃-250℃的化合物，室温下饱和蒸汽压超过133.32Pa，在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物[1]。
VOCs排放来源广泛，且对人体和环境的危害极大，它们通过呼吸道和皮肤进入人体后，能导致人体的肝、肾和神经中枢等形成暂时性和永久性的病变，有些会产生“三致”效应。VOCs污染已经引起人们的广泛关注。因此，VOCs治理对于保护环境、国民健康和经济可持续发展，都具有重要意义。
2 VOCs处理技术现状及发展
目前，VOCs治理技术主要有两类：第一类是预防性措施，以更换设备、改进工艺等为主。第二类是控制性措施，以末端治理为主。现阶段末端控制技术是VOCs污染控制的重要手段，包括回收技术和销毁技术。回收技术主要采用物理方法，包括吸收技术、吸附技术、冷凝技术、膜分离技术等。销毁技术主要采用化学和生物的方法，包括热力焚烧技术、催化燃烧技术、生物技术等、低温等离子体技术、光催化技术[2]。吸附技术、热力焚烧技术和催化燃烧技术是目前应用最广泛的传统治理技术。低温等离子体技术、光催化技术和膜分离技术是近年发展的新技术，文章就这些新技术的研究现状和发展加以介绍。
2.1 低温等离子体技术
低温等离子体技术是指在外加电场作用下，通过高压脉冲放电在常温下产生大量的高能电子、离子和自由基等活性粒子，进而与VOCs分子作用而电离、离解或激发VOCs分子发生一系列的复杂的等离子体物理和化学反应，使VOCs降解为CO2和H2O。目前，低温等离子体技术按放电形式可分为电子束照射法、介质阻挡放电法和电晕放电法等技术[3]。各种放电形式获得的高能电子的能量分布和能量密度差别很大。但由于低温等离子体技术具有经济和技术上的优势，因此该技术也成为VOCs治理技术的研究热点之一。目前，研究者利用低温等离子体技术降解乙烯、庚烷、三苯等有机废气，均具有良好的脱除率。但低温等离子体技术还存在不足之处：（1）臭氧问题，腐蚀设备，污染环境；（2）X射线辐射作用；（3）无选择性，高能电子会降解N2和CO2，浪费资源；（4）设备要求高，投入成本高，运行功耗高且不稳定。因此，等温等离子体治理VOCs基本还处于实验室阶段，工业运用相对很少。
2.2 光催化技术
近几年，光催化技术成为VOCs治理的研究热点。光催化技术是利用具有光催化活性的半导体催化剂与VOCs分子接触，在光照条件下光催化剂产生电子空穴对，光致空穴具有很强的氧化性，能将其表面吸附的OH-和H2O分子氧化成OH・，利用OH・强氧化性将VOCs降解为CO2、H2O和无机小分子物质[4]。
光催化技术的核心是光催化剂。目前常用的光催化剂分为两类，一类是TiO2基光催化剂，主要是指纯TiO2和改性的TiO2[5]。另一类是非TiO2体系，比如ZnO、CdS和WO3等。其中TiO2基光催化剂运用最广泛，其来源广、化学稳定性和催化活性高，没有毒性。光催化的研究内容涉及光催化剂的制备、光催化作用机理研究、光催化技术的工程化、光催化技术的各种应用研究和产品开发等等从基础到应用研究等方面，并取得了大量的研究成果。但光催化技术仍存在许多问题需要解决，首先是光催化分解过程中，机理不明确，通常会产生有害中间产物，降解不完全可能会形成二次污染问题。其次是VOCs浓度较低时，光催化反应缓慢，效率较低。同时，催化剂本身存在量子效率低（不到4%）、固定困难、催化剂能否均匀负载、催化剂失活等问题，难运用于处理数量大、浓度高的工业废气。因此，目前光催化技术也是处于实验室研究阶段。
2.3 膜分离技术
膜分离技术治理VOCs与其他膜分离过程一样，利用天然膜或人工合成膜的穿透、滤过或其他动力性质不同，将VOCs分子从混合废气中分离出来的技术[6]。
膜元件是膜分离技术的装置中心。常用的膜元件包括平板膜、中空纤维膜和卷式膜。其中中空纤维膜和平板膜通常用于分离回收VOCs，但其分离回收效率受多种因素的制约。近几年，随着膜材料和膜分离技术的不断发展，技术日趋成熟，现在常用的VOCs膜分离技术有：蒸汽渗透、气体膜分离和膜接触器等。
膜分离技术已经成功运用于许多领域。美国 MTR公司结合压缩冷凝和膜分离两种技术开发了一种新型的膜集成分离系统来组合实现分离VOCs。处理后达标的净化气排到大气中；而渗透物流为富集有机物的蒸汽。膜分离技术具有流程简单、能耗小、VOCs回收率高、无二次污染等特点，是一种新型高效分离技术，适用于较高浓度的VOCs分离与回收，一般要求体积分数在0.1%以上。而膜材料是该技术的关键。膜的材质分为有机膜和无机膜，其中无机膜材料的研究与制备是化工和材料科学热点课题之一，包括Al2O3、TiO2膜等。目前无机膜分离技术工业化运用还需解决一些问题，比如膜材料的稳定性和膜反应器的密闭性等[7]。
3 结束语
通过上述VOCs的种类、排放来源、危害和VOCs常用控制技术基础上，对低温等离子体技术、光催化技术和膜分离技术的现状和发展介绍得知，这三种新技术目前都取得了一定的试验成果，有些逐渐由实验室向工业化运用过渡。但是在各个行业VOCs种类、成分和性质等都有所差异，使用单一的VOCs治理技术难以达到高效率，还存在一些有待解决的问题，因而常将多种VOCs治理技术有机组合使用，比如吸附催化协同低温等离子体、冷凝-吸附浓缩和吸附-焚烧技术等，这类组合处理技术具有较强的针对性和互补性，处理效果远优于单一治理技术。因此，新治理技术和传统技术有机结合形成的组合技术在治理大气污染具有很高的经济效益和良好的社会效益，具有着广阔的应用前景。
参考文献
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对位芳纶学名为聚对苯二甲酰对苯二胺，其产品统称为1414芳纶，由于其优异的高强度、高模量、耐高温等特性可作为增强材料用于航空航天、交通、土木和军工应用等领域。对位芳纶纤维表面改性处理的研究国内外多有报道，依据其作用机理主要可分为物理改性、化学改性等方法。该文重点对芳纶纤维所具有的表面物理改性实施有效报道。
1 对位芳纶纤维表面物理改性
物理法主要借助高能射线、等离子体、紫外辐射以及超声波等在纤维表面形成自由基反应活性中心，与其表面单体发生反应后引入极性基团，可提高纤维的侵润性和粗糙度，从而提高芳纶与基体的粘结强度。
1.1 等离子体法
等离子体法在实际应用过程中，主要是借助冷等离子体空间含有相对较多的反应活性中心，其中高能量能够对芳纶表面实施改性，进而形成相应的自由基活性中心，之后其实施裂解、氧化以及自由基转移等反应，最终形成活性基团。该法在不同气氛下能够对芳纶纤维表面引入不同的极性基团，改善纤维的润湿性，增大比表面积，以此来提高纤维复合材料的界面粘接性。1994年，台湾Sheu等利用NH3、O2、H2O对Kevlar49进行等离子改性，目的在于提高与环氧树脂之间的粘结性能。而J R Brown等采用NH3以及O2气氛对芳纶实施等离子改性研究中结果显示改性后的纤维材料在层间剪切强度以及弯曲强度方面已经有了相对明显的提升。
Fang等借助空气等离子体方法，让芳纶纤维的表面快速形成了相应的含氧以及含氮基团；Su等通过氧等离子对芳纶纤维表面进行了相关处理，从而在一定程度上增加了纤维表面实际粗糙度以及含氧官能团数，增强了纤维和双马来酰胺树脂间所具有的粘结性，界面剪切强度大约提升了40%。Caixia Jia等在常压下采用空气介质阻挡放电形成的等离子体处理芳纶纤维。Ren等发现湿度对Kevlar纤维的等离子处理效果产生影响，约5.5%的湿度环境下的等离子体处理，能够在纤维表面获得更高的N与O的含量。
1.2 超声波辐射法
超声波辐射法的应用可以在超声作用下，使气泡在破裂过程中产生非常巨大的能量，促使树脂和纤维界面粘合力增强；而其中的空化作用使纤维表面的粗糙度加大，纤维的细纤维化程度增大。
超声波对环氧树脂和芳纶纤维的作用提高了纤维润湿能力和界面粘结。研究发现：在30 mm振幅超声波在线处理后，复合材料界面剪切强度增加23.6%。超声针对胶液以及复合材料将会产生两方面作用，具体来说：一方面作用于胶液，可以提升其活性，有效改善工艺加工过程中所具有的特性；借助超声空化作用最大限度消除槽中大量多余气泡，并对一些多余热量进行处理，最终提高树脂基体自身的强度；另一方面作用于浸胶湿纤维方面，能够更好地除去气泡，保证纤维表面进行均匀浸胶，进一步改善树脂分布不均匀的现象，降低缺陷的实际程度。
Dong等采用设置有超声换能器的新型超声装置对芳纶/环氧复合材料丝线进行超声处理，其层间剪切强度最高可达52.9 MPa，比未处理时提高了10%。石键滨等研究显示超声技术能够改善芳纶材料浸润性，确保树脂分布均匀，且实验表明，振幅控制到40～50 mm之间的时候，剪切强度最大。此外，刘丽等的实验结果显示，改性芳纶纤维表面被刻蚀，极性官能团增加。
1.3 γ射线辐照法
利用高能物理γ射线辐照能够引起表面分子链降解并产生活性基团，促进纤维自由基与接枝的单体发生反应。此法可在常温常压下进行反应且不需要催化剂。
γ射线辐射在实施纤维处理的过程中会产生两种影响：第一种在于辐射自交联，借助γ射线辐射具有的交联特点，从而引发相应的光化学反应，确保皮层与芯层间自身交联反应更好的发生，进而提升纤维横向拉伸强度；第二种在于辐射接枝，在γ射线作用下，芳纶以及表面涂覆物将会出现相应的自由基反应，进而增强纤维表面所具有的极性基团数量，提高芳纶以及树脂的粘附性，最终达到改善界面的效果。
2000年，邱军等对Apmoc纤维进行500 kg γ射线辐射，发现处理后的复丝拉伸强度提高，并且γ射线处理后Apmoc纤维复合材料的拉伸断口比较齐整，微纤劈裂现象减少。 这说明辐射使Apmoc纤维本身可以发生相应的辐射交联反应，进而在微纤之间出现一定量的化学键，从根本上增加了分子之间的相互作用力。Zhang等分别在空气和N2条件下，采用辐照剂量为500 kg γ的Co-60放射源对环氧树脂/丙酮浸泡的armos纤维进行γ射线辐射处理，使芳纶/环氧树脂的层间和界面剪切强度分别较原先提高了21.9%和60.2%。张宗强等针对在O2介质中辐照Kevlar-49 30 h进行了研究，三维编织芳纶增强尼龙（K31/PA）复合材料在弯曲强度上以及剪切强度上都得到了有效提升，然而却降低了相应的冲击强度。
1.4 紫外（UV）辐射法
利用紫外线辐照纤维也能增加芳纶表面的活性元素含量。张珊珊等在实验中发现，随处理时间的增加，纤维/环氧界面剪切强度先增大后减小，当处理时间达到8 min时，界面剪切强度提高了62.6%，达到最大值18.11 MPa。
Zimmermann等采用激光对芳纶纤维进行消融治疗后，加大了纤维/树脂界面剪切强度；2007年，东华大学Ding等报道了用纳米TiO2包覆的芳纤维对紫外可见光的稳定性，证明了紫外可见光对芳纶纤维是有损伤的。
1.5 低温超临界改性
CO2等在固-液-气相临界的超低温环境下具有非常活泼的性质，利用这一性质对芳纶表面进行低温超临界处理，将显著改善纤维对大分子的浸润性。Zhang等的研究发现将PTFE/Kevlar纤维低温处理可以制备磨损性能更优的复合材料。究其原因在于低温处理能够确保纤维表面产生大量小颗粒物，并出现一定的条纹凹槽，这种情况下就会使其磨损性能得到大幅度提高。
关键词：低温等离子体；溶液协同；介质阻挡放电；尾气处理技术
The research of the No-thermal plasma-solution Collaborative Technology
Guo wei-wei，Jiang guo-he
Abstract： This paper were discussed the principle and basic structure of the non-thermal plasma technology and solution synergy technology. I have designed the new type of gas treatment device after improved the non-thermal plasma technology， the non-thermal plasma of Dielectric Barrier Discharge with the solution synergy device. I have optimized the non-thermal plasma technology， added solution synergy device. Research shows， this device can purified effectively the engine exhaust particles， hydrocarbons and NOx， and has a properly prospect of application.
Key words： Non-thermal plasma； solution Collaborative Technology； dielectric barrier discharge； emission aftertreatment
1.前言：
大气环境污染对人类健康及环境的影响日益严重，对内燃机排放的限制也日益严格，限制和治理柴油机尾气污染已经成为十分紧迫的任务。当前单纯依靠发动机机内净化措施很难达到排放要求，还必须采用排气后处理技术来辅助处理。目前，防治柴油机尾气污染的后处理控制技术主要有：催化技术、微粒捕集器、再生技术、氮氧化物吸附催化还原、选择性催化还原、低温等离子体技术等。低温等离子体（non-thermal plasma）技术用于处理柴油机排气时，可同时减少NOX、PM和HC的排放，被认为是一种未来很有希望的后处理技术。低温等离子体研究重点是氧化还原，但因在柴油机排气中低温等离子放电主要是氧化反应，单独用低温等离子体对NO2还原效果不够理想，相反对PM减少有很好效果。将低温等离子体和溶液协同装置结合，低温等离子体装置增强了对NO2的处理，对柴油机排气中NO2和PM有很好的净化效果。本文分别从原理反应器、反应器等方面总结该技术处理柴油机尾气的研究进展，并探讨了低温等离子体-溶液协同的机理。
2.低温等离子体作用机理
2.1 介质阻挡放电的机制
介质阻挡放电是一种高气压下的非电平衡放电。当电极两端加上交流电压时，在半个周期内，可以认为是直流放电。在第一个电子雪崩通过放电间隙的过程中出现了相当数量的空间电荷，它们聚集在雪崩头部。由于电子运动的速度快，电子集中在雪崩的球状头部，正离子滞后于电子而在雪崩的后部，这样就产生了一个自感应电场（也称为本征电场）叠加在外电场上，同时对电子产生影响。这个本征电场的分布是很不均匀的，是一个电子雪崩中的电荷分布。当气体间隙上的外电场超过气体的击穿电压是，气体被击穿。
2.2 介质阻挡放电的电场强度
当作用在电极上的电压为V时，介质通量密度是均匀的，即
因为所以
假设两电极之间间隙为Lg， 介质厚度为Ld，
则有
所以介质上和气隙上的电场强度为
其中，气体及电介质的介电常数分别为εg，εd， Ld为电介质层的厚度。
2.3 介质阻挡放电的理论模拟计算
根据放电击穿机理，可以认为从阴极释放的电子在外电场加速下电离了气体分子和启动了电子雪崩，从而造成气体的击穿。
放电中有关电子和离子性能的方程为电子和离子的连续性方程和决定电场强度的泊松方程。
数值计算时所用的假设：
1. 没有电子，离子的扩散，复合过程忽略不计。
2. 没有离子的迁移。
3. 电子的迁移率与电场无关，为常数。
于是有下列方程：
电子连续性方程
离子连续性方程
泊松方程
式中α—有效电离系数
ne—电子浓度
ni+，ni-—正负离子浓度
μ—电子迁移率
—电场强度
2.4 DBD等离子体中的基本化学过程
当激励电场施加到DBD气体介质上时，气体就会发生电离，从一些气体原子或分子中分离出一个或多个电子，从而气体中包含了电子、离子及中性原子或分子。电子、离子就是带电粒子。等离子体中产生的带电粒子与排气中废气的主要反应：
PM的氧化反应：
NO的氧化反应：
HC的氧化反应：
CO的氧化反应：
3.化学吸收联合生物还原法处理NOx
化学吸收联合生物还原法处理烟气中NOX方法的提出弥补了络合吸收技术在再生及直接生物处理法在处理效率上的缺陷，该方法在中温条件下（约50℃），使用亚铁络合剂（Fe（II）L，L为络合剂）络合烟气中NO，利用微生物的还原作用将络合态NO还原为无害的N2，同时将被烟气中氧气氧化而生成的Fe（III）离子还原为Fe（II）离子，实现络合吸收剂Fe（II）L的循环利用。Fe（II）EDTA类吸收剂因其具有吸收速率快，吸收容量大等特点而被普遍选用。
3.1 亚铁络合剂脱除NO机理
络合吸收法有三个主要过程—NO络合吸收过程、络合吸收剂的氧化过程和络合吸收剂的再生过程。不同络合吸收剂由于其与Fe（II）结合的络合物不同，因而脱除NO过程中的反应机理也有所不同。目前研究的络合吸收剂大致可以归纳为两类：一类是EDTA、NTA和Cit等氨基羧酸类络合物，以Fe（IID）L表示：一类为含巯基（-SH）化合物如半胱氨酸（CySH）等亚铁络合物，以Fe（II）（RS）2表示。
一般认为，在Fe（II）离子周围的配位点上总是络合了一个很容易发生变化的水分子，而不论络合物占据了5个或者6个配位点，也正是因为这个不稳定水分子的存在所导致的Fe（II ）L/ Fe（II）（RS）2络合物动力学上的不稳定效应，才使得它们能够非常快速的结合NO。通过对其化学计量比的研究，发现Fe（II）L或Fe（II）（RS）2吸收NO时形成的络合物主要为Fe（II）L—NO或Fe（II）（RS）2—NO：
3.2 生物还原机理
用生物方法来再生已络合了NO的亚铁络合剂，将NO还原为无害的N2，同时将被烟气中的氧气氧化而生成的Fe（III）还原为Fe（II），实现亚铁络合吸收剂的再生，从而达到连续脱除NO的目的。其过程可以用以下方程式来表达：
3.3 NO2的吸收机理
利用NO2易溶于水的性质，直接以水为吸收剂，生成硝酸和亚硝酸：
亚硝酸不稳定，容易分解，洗出NO，得到稀硝酸溶液：
总反应式：
生成的NO在通过化学吸收，转化为无害的N2。
4.结语
低温等离子体技术与溶液协同技术相结合，能够提高NOX的吸收转化效率、减少排气中的PM、减少副产物的产生，并能降低能耗。因此，低温等离子体-溶液协同技术在治理柴油机尾气排放对环境污染有着广阔的应用前景。但是，目前该技术尚未成熟，许多方面还有待进一步的研究和改进，其应用也有待进一步推广。今后还需从以下几个方面继续深入研究：
（1）低温等离子体-溶液协同脱除NOX以降解率高、容量大、能耗低以及无二次污染为技术评价指标。
（2）优化等离子体催化反应器结构，研究电源电路特征、放电形式等与反应器的结合方式，确保系统长时间运行过程中NOX脱除效率的高效性和稳定性。
（3）络合剂的种类、生物还原方法及制备条件等对有柴油机废弃处理有很大影响，需要进一步研制协同作用效果更优、再生更好的络合剂，探索能同时去除NOX的高效生物还原方法。
（4）定性和定量分析等离子体-溶液协同反应过程中的中间产物和最终产物，深入研究等离子体-溶液协同去除NOX的作用机理。
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