等离子体技术“法力无边”,为何工业应用还欠火候?

2018-08-27 18:40:20 来源: 科技日报-中国科技网 作者: 张晔

本报记者 张晔

大到能为人类带来无限的清洁能源的可控聚变,小到五颜六色的荧光灯,还有芯片制造产业不可或缺的刻蚀机………等离子体技术经过几十年的发展,它的神奇“魔力”拨云见日愈加令人惊奇,但是我国在等离子体工业应用上还欠缺火候。

8月26日在苏州闭幕的第六届全国工业等离子体会议上,中国工程院院士李建刚等多位专家认为,我国等离子体研究已走在世界前列,但工业界对此领域缺少了解,等离子体技术待字闺中盼人识。

等离子体是不同于固体、液体和气体的物质第四态。物质由分子构成,分子由原子构成,原子由带正电的原子核和围绕它的、带负电的电子构成。当施以高能量后,电子离开原子核,这时,物质就变成了由带正电的原子核和带负电的电子组成的等离子体。

中国工程院院士李建刚表示,未来10-20年,随着NIF、ITER、CFETR计划的全面开展,人类会在一个新的层面对燃烧等离子体物理开始探索和全面的理解,一定提供更多的发现新物理现象和揭示新物理机制的机会,从而也将等离子体物理学科发展推到一个新的高度。强场激光等离子体物理有何能产生重大科学发现和大量新的技术应用;工业等离子体(等离子体医学)也会迅速发展,从而产生全新的学科生长点。依托这些等离子体科学研究发展起来的一大批技术,能为人类社会下一步高新技术发展提供重要的源泉和保障。

据中国力学学会等离子体科学与技术专业委员会主任委员张菁教授介绍,看似“神秘”的等离子体其实并不罕见,最常见的等离子体是高温电离气体,如电弧、霓虹灯和日光灯中的发光气体,还有闪电、极光等。等离子体在半导体工业、聚合物薄膜、材料防腐蚀、冶金、煤化工、工业三废处理等领域具有广泛的应用,潜在市场价值为每年近2000亿美元。

中科院等离子体物理研究所孟月东研究员告诉记者,等离子体中带电粒子间相互作用,性状非常活跃,利用这种特性就可以实现各种材料的表面改性。如苏州卫鹏机电设备有限公司的等离子体喷涂处理技术,用于制鞋中可避免传统工艺带来的化学污染,还能增加胶水粘性,目前已被阿迪达斯独家买断。

目前,低温等离子体技术在工业应用中较为常见,但是在我国应用的领域还非常有限。比如在羊毛染色过程中用到氯化工艺,不仅产生废水污染,毡缩效应也会比较大(导致衣物缩水),如果使用等离子体技术处理,不仅完全没有污染,还能大幅减少毡缩效应。此外,在芯片产业中,等离子体技术也已相当成熟,但是目前大多被国外垄断,包括刻蚀机、等离子清洗机等。

李建刚院士告诉记者,我国无论是在托克马克等大科学装置、前沿基础研究领域,还是民用低温等离子体技术,都取得长足进展,其中磁约束聚变、超导质子治疗癌症等领域已走在世界前列。

“但是,我国企业在其中还是少了点。”李建刚直言不讳地说,大量企业不知道到哪里能获得相关的等离子体技术。为此,他提出三点建议:一是在研究院所和高校组建方向明确的低温等离子体重点实验室,提高理论和实验水平;二是设立以若干个企业为主体的等离子体工程技术中心,开展等离子体工程和工艺技术的研究;三是加强国际合作。

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责任编辑:滕继濮
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