等离子体综述
高温等离子
高温等离子高温等离子体是一种极富活力的物质状态，具有独特的物理性质和广泛的应用领域。
本文将从定义、特性、产生途径以及应用方面综述高温等离子体，以期向读者传达其重要意义和潜力。
高温等离子体是指在高能状态下，电子与原子或分子发生碰撞后电离成自由电子和离子的物质状态。
具体而言，等离子体是第四态物质，与我们常见的固体、液体和气体相区别。
高温则是指等离子体中粒子具有高能量状态，通常需要高温环境才能维持等离子体的存在。
高温等离子体常见于太阳和恒星等天体，同时也可以在实验室中利用强大的电磁场或高能激光实现。
高温等离子体有许多独特的性质，其中最引人注意的是导电性。
由于电子和离子的存在，高温等离子体具有极高的电导率，使其能够传导电流和产生磁场。
正是这一特性使得高温等离子体在核聚变能研究、等离子体物理、等离子体医学和材料加工等领域发挥着重要作用。
产生高温等离子体的途径多种多样。
实验室中常用的方法包括高能量激光和电子束，通过将能量聚焦到一个点上，使材料发生电离并形成高温等离子体。
此外，核聚变也是产生高温等离子体的重要途径，通过在高温和高压环境下使氘氚等轻核反应而产生热能和高温等离子体。
高温等离子体具有广泛的应用领域。
在核聚变能研究中，高温等离子体是实现核融合的基础，通过在恒温环境中使氢同位素发生聚变来释放巨大能量。
研究高温等离子体还可以帮助我们更好地理解宇宙和太阳活动，提供更准确的天体物理理论。
此外，高温等离子体还可以应用于等离子体医学，用于治疗某些疾病，如癌症和创伤等。
在材料加工中，高温等离子体可以用于改变表面性质、提高材料硬度和抗腐蚀性能等，广泛应用于航空航天、汽车制造和电子工业等领域。
综上所述，高温等离子体作为一种重要的物质状态，具有丰富的物理性质和广泛的应用领域。
通过研究和应用高温等离子体，我们可以深入了解宇宙、开发清洁能源、改善医学技术和推动材料科学的发展。
因此，高温等离子体的研究和应用在科学技术的进步中起着不可忽视的作用。
等离子体概述与系列物理实验
电子束蒸发原理示意图
35
实验项目五: 光学膜的设计与制备 实验内容:
(1) 增透、增反射膜的设计、制备与测试 (2) 直流溅射参数与膜的质量、沉积速率的关系
36
实验项目六：电弧放电制备金属纳米粒子 实验内容: (1)采用电爆法制备金属纳米粒子.
(2) 测定所制得的粒子的比表面积,研究放电参数对粒子粒径的影响.
般不能调节。
20
实验内容: （1）研究放电参数（电压、电流、气压等）与等离子体的参数（电子温度和浓度）的关系， 完成等离子体电子温度和浓度的测量实验。 （2）设计实验方案测量放电电压、微小电流的关系，完成汤森第一电离系数的测定。 （3）改变放电气压和电极距离，完成气体击穿电压的测定及帕邢定律验证实验、直流低气压放 电现象观察及伏安曲线的测量。研究不同气体的电击穿特性，让学生全面掌握直流放电理论。
11
同其它与之竞争的加工方法相比： 工业等离子体工程提供了更有利的工业加工方法，包括
－－更有效和更便宜达到工业相关结果的能力； －－能完成其它方法不能完成的任务； －－能在不产生大量不需要的副产品的情况下达到相同目的； －－能在产生很少污染和有毒废物的情况下实现相同目的。
12
2 等离子体技术的工业应用领域 新材料
45
• 等离子体刻蚀加工实验
微电子刻蚀加工原理图
实验原理示意图 46
研究内容：研究放电参数与刻蚀速率及加工质量的关系 47
实验项目十一：微波干燥成型木材 研究内容：微波干燥工艺条件对木材力学性能的影响
48
微波干燥成型木材 1 微波干燥原理 微波干燥木材是以湿木材作为电介质，在微波电磁场中的作用下，引起湿木材中水分子的极化，由 于电磁场的频繁交变，引起水分子的剧烈运动，摩擦产生热量，从而使木材干燥。微波在被干燥木材 内部直接作用，叫做“透热”。“透热”所需要的时间与木材的厚度无关，而与电场强度、微波频率 以及木材的介电性质有关。 用微波干燥木材一般选用微波频率为915兆赫，微波穿透深度80㎜，而微波频率为2450兆赫，穿透 深度50㎜，故完全能满足一般经加工完成的成品材。
等离子体
等离子体一、等离子体介绍：等离子体又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。
等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。
等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间，空间物理，地球物理等科学的进一步发展提新的技术和工艺。
等离子体（Plasma）是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，常被视为是物质的第四态，被称为等离子态，或者“超气态”，也称“电浆体”。
等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用。
等离子体是由克鲁克斯在1879年发现的，1928年美国科学家欧文·朗缪尔和汤克斯（Tonks）首次将“等离子体”（plasma）一词引入物理学，用来描述气体放电管里的物质形态[1]。
严格来说，等离子体是具有高位能动能的气体团，等离子体的总带电量仍是中性，借由电场或磁场的高动能将外层的电子击出，结果电子已不再被束缚于原子核，而成为高位能高动能的自由电子。
等离子体是物质的第四态，即电离了的“气体”，它呈现出高度激发的不稳定态，其中包括离子(具有不同符号和电荷)、电子、原子和分子。
其实，人们对等离子体现象并不生疏。
在自然界里，炽热烁烁的火焰、光辉夺目的闪电、以及绚烂壮丽的极光等都是等离子体作用的结果。
对于整个宇宙来讲，几乎99．9%以上的物质都是以等离子体态存在的，如恒星和行星际空间等都是由等离子体组成的。
用人工方法，如核聚变、核裂变、辉光放电及各种放电都可产生等离子体。
分子或原子的内部结构主要由电子和原子核组成。
在通常情况下，即上述物质前三种形态，电子与核之间的关系比较固定，即电子以不同的能级存在于核场的周围，其势能或动能不大。
等离子体由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成，整体呈中性的物质状态．普通气体温度升高时，气体粒子的热运动加剧，使粒子之间发生强烈碰撞，大量原子或分子中的电子被撞掉，当温度高达百万开到1亿开，所有气体原子全部电离．电离出的自由电子总的负电量与正离子总的正电量相等．这种高度电离的、宏观上呈中性的气体叫等离子体．例如：等离子体造就的宇宙和自然奇观闪电极光星云太阳表面二、磁场对等离子体的运动影响：单粒子运动等离子体中带电粒子之间存在着电力，因此，这些粒子的运动是紧密耦合的。
激光等离子体加速机制研究综述
激光等离子体加速机制研究综述1 研究现状随着激光技术的发展，激光强度不断增强，脉宽不断缩短，对激光等离子体相互作用的研究开辟出了许多新的领域。
激光与等离子体相互作用与激光的强度、波长、脉宽，等离子体状态参数（最主要是密度）密切相关。
随着激光强度变大，开始是线性响应，然后随着激光不断增强，非线性效应和相对论效应开始占主导。
当强度超过1018W/cm2电子的相对论效应必须考虑，加剧了理论研究难度但也催生了更多的物理现象产生。
比如非线性波跛、超高能粒子产生、相对论孤子和涡旋。
而根据等离子体的密度不同，激光与等离子体作用可以分为稀薄等离子体（同气体靶作用）和稠密等离子体（同液、固体作用）。
对于1微米的激光，能在等离子体中传播的临界密度是1.1×1021cm-3，介于气体密度与固液密度之间。
激光脉宽的减小使得激光等离子体相互作用出现新的物理现象。
fs级别的脉宽，对稀薄等离子体可以通过直接的LWFA来加速电子。
超短超强激光驱动电子等离子体加速电子，可获得能量高达1GeV、电荷接近1 n c、方向性优良、能散度小的高性能电子束，从而在高能加速器、聚变物理、短脉冲高亮度X光源产生、实现小型化自由电子激光等领域都有重大的应用价值。
研究激光同等离子体如何作用及粒子加速的机制具有非常重要的意义与价值。
图1、激光强度在CPA技术突破后大幅增强首先，激光同等离子体作用的第一步是材料对激光的吸收，除了普通的逆轫致吸收和共振吸收，在高强度相对论激光还有很多吸收机制，比如真空加热，J×B加热，有质动力直接加速离子，鞘场加速等等，下面根据加速粒子不同逐一介绍各种加速机制1979年,Tajima和Dawson提出用强激光脉冲激发等离子体波来加速电子的机制，这就是直接激光尾场加速（LWFA）[1]，原理是超强超短激光脉冲在稀薄等离子体中传播时，纵向的非线性力——有质动力(F p=-q2▽a02/4mw2）将电子推开，共振激发出等离子体波（尾波场）。
化学知识拓展—等离子体
等离子的应用——发光
利用等离子体的发光的应用： 利用等离子体的发光的应用
跟白炽灯不一样，等离子体能发出一种多彩 的光芒 跟白炽灯不一样，等离子体光源通常是冷光 源，发光效率高 等离子平板显示是等离子体发光的另一应用， 现在，大面积的等离子体电视已经商用
等 离 子 体 发 光 实 例
等离子的高温应用
利用等离子体高温的应用 ：
等离子体方法能获得普通加热方法难以达到 的高温，是研究方向的前沿 原子核聚变过程中，物质都处于等离子体状 态，其等离子体温度很高 等离子体的高温可用于焊接、切割、金属熔 炼等方面。
等离子电弧 焊接
等离子电弧 熔炼
等离子的应用——化学活性
利用等离子体化学活性的应用： 利用等离子体化学活性的应用：
物质存在的第四态等离子体主讲人刘国兵等离子体等离子体又叫做电浆是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质等离子体的简介等离子体广泛存在于宇宙中常被认为是除去固液气外物质存在的第四种形态等离子体是一种很好的导电体等离子体物理的发展为材料能源信息环境空间空间物理地球物理等科学的进一步发展提新的技术和工艺神秘而又常见的等离子体等离子体看似神秘其实在宇宙中是一种常见的物质利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉移动和加速等离子体而加以应用在太阳恒星闪电中都存在等离子体它占了整个宇宙的99如焊工们用高温等离子体焊接金属等离子的分类等离子体可按体焰温度分为高温等离子体重粒子和电子的温度都很高而且几乎相等的等离子体称为高温等离子体低温等离子体放电过程中虽然电子温度很高但重粒子温度很低的这样一个状态称为低温等离子体高温等离子体低温等离子体等离子的分类等离子体按按所处的状态可分为平衡等离子体气体压力较高电子温度与气体温度大致相等的等离子体非平衡等离子体低气压下或常压下电子温度远远大于气体温度的等离子体等离子体的产生产生等离子体的方法主要有热致电离气体放电放射性同位素激光照射高功率徽波激励等目前在机载条件下最常用的方法主要是气体放电法和涂抹放射性同位素两种方法气体放电法在电气方面而言它指的是能用电弧放电而产生一种拥有离子电子和核心粒子的不带电的离子化物质的方法在一个等离子中其中的粒子已从核心粒子中分离了出来
等离子体
发展史
发展史
19世纪以来对气体放电的研究;19世纪中叶开始天体物理学及20世纪对空间物理学的研究；1950年前后开始 对受控热核聚变的研究；以及低温等离子体技术应用的研究，从四个方面推动了这门学科的发展。
离子效应
离子效应
电离层由大气的球面组成，其中带有已经被太阳辐射而电离的离子，这就是等离子体区，形成不同离子密度 的层D、E、F1、F2。在航天器重返大气时，由于摩擦产生的高温在器表面形成了很浓密的等离子体，这些电子密 度足够高时，会致使等离子体频率非常高（一般为8MHz），因此地面和航天器的通信被阻断，直到它的速度降下 来才恢复通信。
如果等离子体柱仅由其中纵向电流产生的角向磁场约束，则稍有扰动后，因收缩处向内的磁压增大，更趋收 缩，膨胀处向内的磁压减小，更趋膨胀，形如腊肠，故称腊肠不稳定性，它可切断等离子体，附加纵向磁场抵制 收缩和膨胀，即可使之稳定。如果载有纵向强电流的等离子体柱受扰动稍有弯曲，则凹部磁场增强，凸部减弱， 由此引起的磁压之差使扰动扩大，等离子体柱将很快弯曲甚至形成螺旋线，这是扭曲不稳定性，可用纵向磁场使 之稳定。
从20世纪30年代起，磁流体力学及等离子体动力论逐步形成。等离子体的速度分布函数服从福克－普朗克方 程。苏联的Л.Д.朗道在1936年给出方程中由于等离子体中的粒子碰撞而造成的碰撞项的碰撞积分形式。1938年 苏联的A.A.符拉索夫提出了符拉索夫方程，即弃去碰撞项的无碰撞方程。朗道碰撞积分和符拉索夫方程的提出， 标志着动力论的发端。
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。当被加热到足够高的温度或其他原因，外层电子摆脱原子核的束缚成为自 由电子，就像下课后的学生跑到操场上随意玩耍一样。电子离开原子核，这个过程就叫做“电离”。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、一团均匀的“浆糊”，因此人们戏称它为离子浆，这些离子 浆中正负电荷总量相等，因此它是近似电中性的，所以就叫等离子体。
等离子
等离子体和固体、液体或气体一样,是物质的一种状态。
对气体施加足够的能量使之部分离化便成为物质的第四态——等离子体。
等离子体指部分或完全电离的气体，且自由电子和离子所带正、负电荷的总和完全抵消，宏观上呈现中性电。
等离子体又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。
看似“神秘”的等离子体，其实是宇宙中一种常见的物质，在太阳、恒星、闪电中都存在等离子体，它占了整个宇宙的99％。
现在人们已经掌握利用电场和磁场产生来控制等离子体。
等离子体可分为两种：高温和低温等离子体。
低温等离子体的电离率较低，电子温度远高于离子温度，离子温度甚至可与室温相当。
所以低温等离子体是非热平衡等离子体，低温等离子体中存在着大量的、种类繁多的活性粒子，比通常的化学反映所产生的活性粒子种类更多、活性更强，更易于和所接触的材料表面发生反映，因此它们被用来对材料表面进行改性处理。
与传统的方法相比，等离子体表面处理具有成本低、无废弃物、无污染等显著的优点，同时可以得到传统的化学方法难以达到的处理效果。
现在低温等离子体表面处理广泛运用于金属、微电子、聚合物、生物功能材料、低温灭菌及污染治理等多种领域。
在等离子系统中，我们使用电能来产生等离子体。
这一激励过程能够在常温下产生大量的化学活性粒子，从而可以在材料表面诱导在常态下不会发生的化学反应。
可以控制这些高活性粒子的整体性能来进行各种表面处理，例如精密清洁、表面浸润活化、接枝化学官能团、沉积涂层等。
◇等离子体产生原理及处理过程在真空状态下（约10～100Pa），给气体施加电场，气体在电场提供的能量下会由气态转变为等离子体状态（也称物质的“第四态）。
其中含有大量的电子、离子、光子和各类自由基等活性粒子。
等离子体表面改性技术就是利用这些高能粒子和活性粒子与材料表面发生物理或化学的反应，从而达到改变材料表面性质的目的。
1 等离子体概述
) )
=
exp[σ
( Et
−
EA
)
−σ
( Et
−
EB
)]
(1.14)
现在我们假设和系统 S1 相比起来系统 S2 非常大，因此 EA 和 EB 表示了
在系统 S2 能量中的很小变化，我们将上式泰勒展开为：
g2 ( Et g2 ( Et
− −
EA ) EB )
exp
−
EA
dσ dE
+
EB
dσ dE
en∞ ε0
exp
eφ Te
−1
(1.22)
这是一个难解的非线性方程，但是在远离栅格处 | eφ /Te | << 1，因此
我们可以运用泰勒表达式： exp eφ 1+ eφ 。所以：
Te
Te
d 2φ dx2
=
en∞ ε0
e Te
φ
=
e2n∞ ε 0Te
φ
解得： φ = φ0 exp(− | x | /λD ) ；
个假设仅仅近似正确。]
因此等离子体的整体电流密度为：
j
=
qi
1 4
ni′vi
+
qe
1 4
ne′ve
(1.27)
电流密度必须为零，则：
=
en∞ 4
{vi
−
exp
eφs Te
ve }
(1.28)
φs
=
Te e
ln
|
vi ve
|=
Te e
1 2
ln
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等离子体综述摘要对等离子体、平均自由程、德拜长度等一些概念做了详细述说。
主要是分析了各种郎缪尔探针的优劣，及评价探针结构优劣的理论依据，最终得到最优化探针结构。
一、引言1.等离子体“等离子体”其本意是电离状态气体正负电荷大体相等，整体上处于电中性。
是气态下继续加热得到的一个状态。
我们知道，物质的温度实际上是用来描述其内部粒子运动的剧烈程度的，当气体温度很高时，气体的物质分子热运动加剧，相互间的碰撞就会使气体分子产生电离，这样，物质就变成由相互作用并自由运动的电子和正离子组成的混合物。
物质的这种存在状态被称为物质的第四态，即等离子体态。
等离子体中并不是所有的原子都会被离子化：工艺过程中用到的冷等离子体仅仅有1-10%被离子化，余下的气体仍然保持为中性原子或分子。
在更高的温度，例如热核研究，等离子体完全离化。
通常来说，粒子流是处于热平衡的，意味着原子或分子具有麦克斯韦速率分布f(v)=Ae−(12⁄mv2KT⁄)（1）A是标准因子，K是玻尔兹曼常数。
T是温度，它决定了分布宽度。
在等离子体中，离子、电子和中性粒子具有自己的温度：T i，T e，T n。
三种粒子能互相渗透，但不能充分地碰撞从而使三种粒子等温。
这是由于相对于大气压下的气体，等离子体密度非常低。
但是每种粒子能和自己充分碰撞从而获得麦氏分布。
非常热的等离子体可能不是麦氏分布了，这个时候需要“能动理论”解释。
为了方便，表示温度一般用电子电压（eV）。
典型低温等离子体电子温度是1~10eV，1eV=11,600K。
等离子体被普遍认为非常难理解，相对于流体动力学或电磁学来说确实是这样。
等离子体作为带电粒子流，既有粒子间的相互碰撞又会受到电场或磁场的长程力影响。
还有一个原因是，大部分的等离子体相当稀薄和热以至于不能视为连续的流体。
典型低温等离子体密度值是108-1012cm-3。
2.德拜长度和鞘层等离子体是带电粒子流，它以一种复杂的方式满足麦克斯韦方程组。
等离子体中电场和磁场控制带电粒子的轨道。
同时，带电粒子的移动能形成电荷团，从而产生电场或电流，进而产生磁场。
∇∙D=∇∙εE=e(n i−n e)（2）通常可以直接用ε0代替ε对于静电场有E=-∇ V（3）代入上式有，∇2V=(εε0⁄)(n e−n i)（4）这个式子限定V在一个范围内变化。
为了更为明显，我们将∇2用1/L2代替，L就是V变化范围的长度。
这样就得出电场中电子的电势能与热能之比|eV KT e |=L2(n e−n i)e2ε0KT e（5）右边的长度范围，就叫做德拜长度，定义为λD=(ε0KT en e e2)12（6）代入λD ，等式（5）就成了|eV KT e |=L 2λD 2(1−ni n e )（7） 式子左边不太可能远远大于1，因为大的电势进入到等离子体中，例如连接上电池的细丝，环绕细丝的电荷云会立马形成来阻止外来电势的干扰。
将ε0和e 的值代进去，等式（5）就得到λD =7.4√T e (eV)n e （1018m −3）μm （8）等离子体行为的一个基本特性是它具有屏蔽掉作用于它上面的电势的能力。
德拜长度是描述等离子体的一个重要的空间度量，它是德拜屏蔽作用的距离。
在主体等离子体中，V 将在一个距离内变化，这个距离由等离子体大小决定。
如果我们取L 为10cm 的量级，这个尺寸是实验室等离子体平均尺寸，（L/λD ）2就是108的量级，因此n i 必须大致与n e 相等才能使得式子左边合理的小。
然而，有一个区域，叫做鞘层，这里L 是λD 的量级；在这里n e /n i 不必接近1。
n i 约等于n e 的情况就叫做准中性，这可能是等离子体最重要的一个特性。
带电粒子总能通过移动来屏蔽电势从而维持正负粒子密度相等（假设离子带一个电荷）。
在靠近腔壁或者插入等离子体的物体如探针周围，L 大约是德拜长度的量级，准中性被打破。
腔壁电势相对等离子体是负电势，这是由于电子平均热运动速度远远大于离子的平均运动速度。
打在金属丝表面上的电子数目远远大于离子的数目，累积了一定数量的负电荷，产生明显的悬浮负电位。
3.等离子频率和玻姆判定在等离子体中，有电磁波和两种声学波（对应正负电荷，如果等离子体是部分电离的，中性气体也能有自己的波）。
电子流中的声波就叫等离子体波或等离子体振荡，有着非常高的特性频率通常到了微波范围。
大致情况是，一大波电子偏离正常位置，留下离子在原先位置（离子太慢了，整个过程可以视为静止的），然后离子又将电子拉回来，就这样来来回回。
振荡频率ωp ≡（ne 2ε0m ）12rad/sec （9） 频率归一化有f p =9√n(1012cm −3)GHz （10）这个就叫做等离子体频率，仅仅取决于等离子体密度。
离子流声波表现不同，表现为速率性质。
由于电子具有热动能，随机的热运动使得屏蔽效果不是完全的，导致小部分电场从德拜云中泄露。
离子声学速度C sC s ≡（KT e M ）12（11） M 是离子质量，C s 决定于T e 而不是T i （在空气中就是决定于T i ），因为屏蔽的能力取决于T e 。
实际上与T i 有很小的线性相关，但在部分电离的等离子体中T i ≪T e角速度ωcωc =|qB |m ⁄（12）f c =ωc 2π≈2.8MHz/G （13）假设腔壁的位置在x=0，等离子体在x>0范围内。
我们想象在x=s的位置有这么一个面叫做鞘层边缘。
考虑到之前提到过的德拜屏蔽，我们假设s是λD量级（实际上，更可能是5倍λD）在鞘层外面（x≥s），为了满足准中性n i≈n e。
假设此平面上等离子体的电势V=0。
在鞘层里面，电荷不平衡，电势必须是负电势才能排斥电子。
从（4）式可以看出，n i必须大于n e。
如果电子是服从麦氏分布的，n e/n s=exp (eV/KT e)（14）n s是鞘层边缘的密度。
离子是被鞘层电场加速并且不会被反射回来，因此离子流还是恒定的。
离子以有限速度进入鞘层，由连续性方程n i v i=n s v s（15）能量守恒公式1 2Mv i2+eV=12Mv s2（16）联合公式（15）和公式（16）有n i n s =(1[1−2eV/Mv s2])12（17）即使对于很小的|V|也必须保持鞘层条件n i>n e。
我们将公式（14）和（17）扩展成泰勒级数n e n s =1+eVKT e+⋯, n in s=1+eVMv s2+⋯（18）因为V是负的，n i>n e即e|V| Mv s2<e|V|KT e（19）鞘层条件就变成了V s>（KT eM ）12=C s（20）这就是玻姆鞘层判定式，说明离子进入鞘层必须至少有声学速率大小的速率。
为了回答“离子是如何得到这个速度的，这个速度可是远远大于热能的？”，因此必须要有一个加速电场存在于主等离子体中，它至少将离子加速到能量为12KT e到达鞘层边缘时。
这样一个区域叫做预鞘层，预鞘层电场非常微弱不会打破准中性。
预鞘层的存在，使得鞘层边缘的密度n s不能和主等离子体密度一样。
因为离子在鞘层边缘具有C s的速率，它的能量是12KT e，主等离子体和鞘层边缘必须要有一个至少12KT e大小的电压降。
假设主等离子体中V=0，鞘层边缘V=V sn s=n0e−12=0.6n0≈12⁄n04. I-V曲线部分V s为等离子体电势（空间电势），施加到探针上电势为V p。
如果腔壁是金属并且接地，V S通常为5KT e左右。
当V P>>V s时，电子电流I e被收集；探针为负电流。
当V p<<V s，离子电流被搜集。
通常在I-V曲线中，电子电流I e处于横轴之上，离子电流处于横轴之下。
如图1所示，主要有5个部分。
图1 理想I-V曲线。
离子曲线被放大了10倍。
图2 通过Hiden郎缪尔探针获得的实验曲线空间电势V s靠近曲线的“拐点”。
在左端远处，所有的电子都被排斥，得到离子饱和电流，I sat。
浮动电势V f为离子电流与电子电流相等，净电流为零时电势。
在过渡区，离子电流可忽略，电子电流部分被负电压V p-V s排斥。
在麦氏分布等离子体中，这一段曲线是指数型。
当V p到达V s时，所有的随机热电子都被搜集了。
在电子饱和区，I e缓慢的增长是由于鞘层的扩张。
从I-V曲线中可以得出，等离子体密度n，电子温度KT e，等离子体电势V s，但是离子温度是不能得到的。
4.1 过渡区如果电子服从麦氏分布，I-V曲线指数这一段进行半对数绘图会成为一条直线。
I e=I es exp[e(V p-V s)/KT e]，（21）I es=eAn e v/4=en e A(KT e/2πm)1/2（22）A是探针的曝露面积，I es是饱和电子电流（V s下到达探针表面的随机热电流）从公式（1）可以看出(ln I)-V p曲线的斜率是1/T ev，由此可以很好的测量出电子温度。
（为了方便将KT e/e写作T ev，电子温度用动力学温度eV表示）。
这个公式是普遍的一个的公式，T e是能从探针得到的最简单的特性。
以下是Chang在高密度等离子体中测得的电子温度与功率和气压的关系图。
图3 氩气等离子体电子温度和功率及气压的关系。
实点是郎缪尔探针测量数据，虚点是MPRES仿真曲线。
图4 氘等离子体电子温度和功率及气压的关系。
实点是郎缪尔探针测量数据，虚点是MPRES仿真曲线。
半对数曲线的斜率是独立于探针面积和形状的。
要得到I e需要从I中减去离子电流I I。
可以近似的通过画一条经过I sat的直线推算出来。
当然也可以通过离子搜集理论中的一种更精确的估算离子贡献，但为了细微的精确通常是没有必要的，它们通常仅仅影响高能尾端电子的分布。
一个简单的办法就是反复改变I sat的修正系数的幅度，直到ln( I)曲线为直线部分尽可能的宽。
4.2饱和电子电流I e随着V p指数增长可以持续到V p=V s，这时没有电子被负电势排斥。
电子电流处于饱和状态。
因为电子速率大约是离子电流的（m/M）1/2倍，饱和电子电流大于饱和离子电流的200倍。
在低压，没有磁场，直流等离子体中这是完全正确的。
曲线拐点非常尖锐，很好测量V s。
对于V p>V s，I e缓慢增长因为鞘层厚度的增加导致搜集面积的增加，曲线的形状由探针的形状决定。
也许我们会试着去测量I es来得到电子密度，但这仅仅在低密度低压情况下才能做到，因为这种情况下平均自由程非常长。
否则，探针搜集到的电流非常大以致影响到了等离子体的平衡。
所以最好是通过搜集离子来测量n，因为等离子体是电中性的。
更重要的是，每次搜集饱和电子电流超过几毫秒都可能损坏探针。
然而，在实际中这种理想情况很少发现。
碰撞以及磁场的影响都会降低I es的幅度，模糊拐点以至于V s很难判断。