等離子體技術“法力無邊”,為何工業應用還欠火候?

    大到能為人類帶來無限的清潔能源的可控聚變,小到五顔六色的熒光燈,還有芯片制造産業不可或缺的刻蝕機………等離子體技術經過幾十年的發展,它的神奇“魔力”撥雲見日愈加令人驚奇,但是我國在等離子體工業應用上還欠缺火候。
    8月26日在蘇州閉幕的第六屆全國工業等離子體會議上,中國工程院院士李建剛等多位專家認為,我國等離子體研究已走在世界前列,但工業界對此領域缺少了解,等離子體技術待字閨中盼人識。
    等離子體是不同于固體、液體和氣體的物質第四态。物質由分子構成,分子由原子構成,原子由帶正電的原子核和圍繞它的、帶負電的電子構成。當施以高能量後,電子離開原子核,這時,物質就變成了由帶正電的原子核和帶負電的電子組成的等離子體。
    中國工程院院士李建剛表示,未來10-20年,随着NIF、ITER、CFETR計劃的全面開展,人類會在一個新的層面對燃燒等離子體物理開始探索和全面的理解,一定提供更多的發現新物理現象和揭示新物理機制的機會,從而也将等離子體物理學科發展推到一個新的高度。強場激光等離子體物理有何能産生重大科學發現和大量新的技術應用;工業等離子體(等離子體醫學)也會迅速發展,從而産生全新的學科生長點。依托這些等離子體科學研究發展起來的一大批技術,能為人類社會下一步高新技術發展提供重要的源泉和保障。
    據中國力學學會等離子體科學與技術專業委員會主任委員張菁教授介紹,看似“神秘”的等離子體其實并不罕見,最常見的等離子體是高溫電離氣體,如電弧、霓虹燈和日光燈中的發光氣體,還有閃電、極光等。等離子體在半導體工業、聚合物薄膜、材料防腐蝕、冶金、煤化工、工業三廢處理等領域具有廣泛的應用,潛在市場價值為每年近2000億美元。
    中科院等離子體物理研究所孟月東研究員告訴記者,等離子體中帶電粒子間相互作用,性狀非常活躍,利用這種特性就可以實現各種材料的表面改性。
    目前,低溫等離子體技術在工業應用中較為常見,但是在我國應用的領域還非常有限。比如在羊毛染色過程中用到氯化工藝,不僅産生廢水污染,氈縮效應也會比較大(導緻衣物縮水),如果使用等離子體技術處理,不僅完全沒有污染,還能大幅減少氈縮效應。此外,在芯片産業中,等離子體技術也已相當成熟,但是目前大多被國外壟斷,包括刻蝕機、等離子清洗機等。
    李建剛院士告訴記者,我國無論是在托克馬克等大科學裝置、前沿基礎研究領域,還是民用低溫等離子體技術,都取得長足進展,其中磁約束聚變、超導質子治療癌症等領域已走在世界前列。
    “但是,我國企業在其中還是少了點。”李建剛直言不諱地說,大量企業不知道到哪裡能獲得相關的等離子體技術。為此,他提出三點建議:一是在研究院所和高校組建方向明确的低溫等離子體重點實驗室,提高理論和實驗水平;二是設立以若幹個企業為主體的等離子體工程技術中心,開展等離子體工程和工藝技術的研究;三是加強國際合作。



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