等离子体表面处理与大气压下的辉光放电_李成榕
《气体放电中等离子体的研究》报告
气体放电中等离子体的研究姓名＿＿＿＿＿学号＿＿＿＿＿院系＿＿＿＿＿气体放电中等离子体的研究一引言等离子体是由大量的自由电子和离子组成，在整体上表现为近似电中性的电离气体。
由于等离子体有着许多独特的物理和化学性质，它已广泛应用于能源、航空、表面处理及垃圾焚烧等领域。
准确测量等离子体的参数，是各领域研究及应用的关键环节。
在众多等离子体测量手段中，郎缪尔探针法被认为是最简便的一种方法。
郎缪尔探针法由伸入等离子体内的导体作为探针向它施加电压，通过测定探针电流得到电流-电压（I-V）特性曲线，从而求得等离子体的参数。
本文主要介绍了探针法的工作原理，利用探针法测量等离子体的一些主要参量，并通过实验分析了影响实验结果的各种因素。
二实验原理1 等离子体定义及其物理特性等离子体是一种由等量正负电荷离子和中性粒子组成的电离气体，其中正负电荷密度相等，整体上呈现电中性。
等离子体可分为等温等离子体和不等温等离子体，一般气体放电产生的等离子体属不等温等离子体。
描述等离子体的一些主要参量有电子温度Ｔe、带电粒子密度、轴向电场强度ＥL、电子平均动能Ｅe、空间电位分布等。
2 气体放电原理气体放电可以采用多种能量激励形式，如直流、微波、射频等能量形式。
其中直流放电因为结构简单、成本低而受到广泛应用。
直流放电形成辉光等离子体的典型结构如图1所示。
图1 气体放电管工作原理图图2辉光放电的唯相结构示意图3 稀薄气体产生的辉光放电本实验研究的是辉光放电等离子体。
辉光放电是气体导电的一种形态。
当放电管内的压强保持在1０-1０2Pａ时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。
辉光分为明暗相间的8个区域，在管内两个电极间的光强、电位和场强分布如图2所示。
正辉区是我们感兴趣的等离子区。
其特征是：气体高度电离；电场强度很小，且沿轴向有恒定值。
这使得其中带电粒子的无规则热运动胜过它们的定向运动。
所以它们基本上遵从麦克斯韦速度分布律。
由其具体分布可得到一个相应的温度，即电子温度。
辉光放电电解等离子体法制备纳米材料及形成机理研究
辉光放电电解等离子体法制备纳米材料及形成机理研究辉光放电电解等离子体法制备纳米材料及形成机理研究引言：纳米材料以其特殊的物理、化学和电子性质，被广泛应用于能源、环境、医药和电子等领域。
辉光放电电解等离子体（GDED）法作为一种新兴的纳米材料制备技术，具有简便、高效、环保等优点，广受关注。
本文旨在探讨辉光放电电解等离子体法制备纳米材料及其形成机理。
一、辉光放电电解等离子体法制备纳米材料的原理辉光放电电解等离子体法是通过将两电极浸入电解质溶液中，在外加电场作用下，产生辉光放电等离子体的一种制备方法。
电解质溶液中的阳、阴离子在电场作用下被电离，形成气体或溶质的高能量中间态，进而反应生成纳米材料。
此法具有制备范围广、材料性能可调控、反应时间可控等优势。
二、辉光放电电解等离子体法制备纳米材料的工艺参数优化在制备纳米材料的过程中，工艺参数的优化对于材料性能具有重要影响。
首先是电压的选取，较低的电压可控制纳米材料的尺寸大小，而较高的电压有助于形成均匀的纳米材料。
其次是电解液的浓度和离子种类的选择，合适的浓度和离子种类可以提供足够的反应物，促进纳米材料的形成。
最后是电解液的温度，适当的温度有助于控制反应速率，提高纳米材料的产率。
三、辉光放电电解等离子体法制备纳米材料的形成机理辉光放电电解等离子体法制备纳米材料的形成机理涉及到离子电离、离子激发、再结晶和沉积等多个过程。
首先是电解液中的离子电离，电解质溶液中的阴、阳离子在外加电场作用下发生电离，产生自由电子、气体等高能量中间态。
接着是离子的激发，将离子通过辉光放电等离子体激发到高能级状态，激发后的离子能够参与化学反应，进而形成纳米材料。
最后是纳米材料的形成，激发后的离子在电场的作用下再结晶和沉积，形成稳定的纳米材料。
四、辉光放电电解等离子体法制备纳米材料的应用辉光放电电解等离子体法制备的纳米材料在各个领域都有着广泛的应用。
在电子领域，制备的纳米材料具有良好的导电性和光学特性，可用于光电器件的制备。
等离子体表面处理与大气压下的辉光放电_李成榕
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实现大气压下辉光放电的技术难点
’’ $A2BC 的物理机制还不是很清楚 "有人仍怀
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大气压下的气体放电等离子体
上述的等离子体表面处理均可利用低气压放电 产生的低温等离子体来进行 " 但对于大规模的工业 生产而言 " 低气压等离子体存在以下两个重要的缺 点 ( 放电和反应室处于低气压状态 " 真空系统是必不 可少的 % 而工业化的真空系统所需的投资和运行费
性粒子 " 它们比通常的化学反应器所产生的活性粒 子种类更多 ’ 活性更强 ’更易于和所接触的材料表面 发生反应 " 因此被用来对材料表面进行处理 * 和传统 的方法相比 " 等离子表面处理具有显著的优点 - 更有 效 ’成本低 ’无废弃物 ’ 无污染 " 有时可以得到传统的 化学方法难以得到的处理效果 * 目前 " 等离子体表面处理在表面改性和灭菌消 毒方面应用的比较多* 等离子表面处理中所涉及的表 面改性主要是指改善纸张 ’薄膜 ’纺织品以及纤维的 某些表面性质 "主要包括 -可湿性 ’吸水性 ’可印性 ’可 染性等 * 上述性质与材料表面性能紧密相关 * 此外还 有粘着性和导电性 "后者是和抗静电性紧密相关的 * 我国作为世界上纺织品生产和出口大国 "纺织品 的表面改性具有特殊的意义 * 用低温等离子体对纤维 及纺织品进行表面改性是一种新兴的处理方法 "在处 理过程中可能引起表面清洁 ’表面刻蚀 ’聚合 ’自由基
等离子体及辉光放电现象
等离子体的驱动——射频放电
高密度等离子体——high density Plasmas（HDP)
种子体
产生过程： 在反应器中引入磁场和/或电场，增加电子在 等离子体中的行程，使电子和原子之间的碰撞 频率增加，从而增加等离子体中基和离子的密 度，实现高密度等离子体。
HDP源包括： 螺旋等离子源 电感耦合等离子源 平面盘绕源
微电子加工领域，等离子体可以用交流信号驱 动，电源在射频的范围内，公认的频率为13.56MHz。
电容性放电等离子体是主要的等离子源。
辉光放电
低气压下的气体放电。放电管中的残余正离子在 极间电场的作用下被加速，于是得到足够的动能撞击 阴极而产生二次电子，经簇射过程产生更多的带电粒 子，使得气体导电。因此放电管两极间所需电压较高， 一般都在10千伏以上，但辉光放电的电流很小，温度 不高，属于低温等离子体现象。
大气压微波放电CO_(2)等离子体温度的发射光谱诊断
大气压微波放电CO_(2)等离子体温度的发射光谱诊断李容毅;朱海龙【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2024(44)3【摘要】大气压微波等离子体因具有活性粒子密度高、气体温度高、能量转换效率高、可控性好等独特优势,在分解和转化二氧化碳治理环境领域展现出重要的应用价值。
以大气压微波等离子体的二氧化碳分解与转化为应用背景,开展了大气压微波等离子体的放电特性与温度参数的测量和诊断研究。
通过研究等离子体炬的放电形态的变化规律,分析了大气压二氧化碳等离子体的放电特点;利用发射光谱的诊断方法,分析了二氧化碳放电区内产生的C_(2)分子的转动温度,得到了二氧化碳等离子体内不同位置在不同功率和不同气体流量下的放电形态以及温度的变化规律。
研究结果表明,这种大气压微波等离子体的放电形态呈现明亮的中心放电区和外围的余辉区,且这两个区域存在清晰的边界;放电区的长度随微波功率增加接近线性增长,受送气流量大小的影响微弱。
等离子体发射光谱诊断结果显示,大气压微波等离子体放电过程中,主放电区中除了化学荧光连续谱外还存在很强的C_(2)分子的Swan谱带;基于这一谱带计算得到的主放电区等离子体温度约为6 000 K,且这一温度几乎不随功率和气流的变化;不同中心放电区位置,温度略有变化(±100 K)。
【总页数】5页(P688-692)【作者】李容毅;朱海龙【作者单位】山西大学物理电子工程学院【正文语种】中文【中图分类】O443.1【相关文献】1.大气压下石英毛细管内氩等离子体放电的发射光谱诊断2.发射光谱研究大气压等离子体射流的气体温度3.脉冲放电等离子体电子激发温度发射光谱诊断4.大气压氮等离子体介质阻挡放电的发射光谱研究5.大气压微波等离子体炬驱动Boudouard反应实现CO_(2)转化的研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
大气压空气针针电极结构辉光一弧光放电等离子乍光谱特性研究,
摘 要： 本文利用阻容耦合 方式 ， 成功的在大 气压空气 中获得 了具有弥散 结构的针 针电极结构的辉无放 电等 离子体 ， 并利 用发 射光 谱 对辉光放 电等 离子体温度特性进行 了诊 断研 究。研究表明 ， 离子体 气体温度开始随放 电电压的增大而升 高， 等 并在一定 的电压条件下 温度 发 生跳 变 ， 实现 放 电在较 高 温度 、 较低 温度 的辉 光放 电 和弧 光 放 电三 种放 电 形 式之 间的 转 变 。 关键词 ： 辉光放 电； 发射光谱 ； 离子体温度 ； 等 大气压
科 技 论 坛
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大气压空气针针电极结构辉光一 弧光放 Ｉ等离子体 电 光谱特性研究 ，
乔桂花 吴军辉 ２ 张高潮 ’ 杨德正 ’ （、 １ 河南平高电气股份有限公 司， 河南 平顶山 ４７ ０ ２ 平顶 山平 高安川开关电器有限公司 ， 南 平顶 山 ４ ７ ０ ） 光是产生低温非平衡等离子体最常用的方 法之一， 被广泛的应用于微电子刻蚀、 材料表面改 性、 杀菌消毒 、 薄膜沉积、 室内有害气体脱除、 污水 处理等领域。但是 ， 在大气压条件下， 放电通道的 热紧缩化、电流密度的急剧增加等使辉光放电极 易转换为丝状放电或者弧光放电。由于弧光放电 具有非常高的等离子体气体温度 ，对材料的烧蚀 作用明显 ， 严重限制了大气压放电等离子的应用。 如何在大气压实现均匀的辉光放电成为目前世界 科学家们研究的热｜和难点。 在过去的二十年中，大气压辉光放电的研究 在世界范围内取得了长足的进展。１８ 年 日本学 ３ ９８ 者 Ｏ ａａ ｉ 、 ａｓ ｅ 等圈 ｏ 等晰 ｋｚｋ 等 Ｍ ｓｉ ｓ 、Ｒ ｔ ｎ ｈ 在氩 ’ 丽 气、 氦气 、 氦气和丙酮混合气中实现了均匀大气压 放电， 并进行了理论与应用研究。 ａ 等 Ｒ ｊ 结合实 ￡ ａ 验结果和数值模拟计算研究了介质阻挡氦气大气 鱼 Ｅ Ｅ Ｆ － 压辉 光放 电产 生的多 电流峰 特 陛。 ｏａ ｉ Ｎ ｚｋ 等晰 究 山 了大气压下介质阻挡丝状放电和辉光放电的热转 换机制及能量分布。 在国内， 王新新 唰 用 Ｃ Ｄ Ｃ Ｗａ ｅ ｎ ｔ ｎ ｖ ｌ ｇｈ（ｍ） ｅ 相机研究了大气压介质阻挡氦气汤森放电向辉光 放电模式转变的过程， 并对大气压辉光放电进行 图 ３气 体 温 度 为 ６ ０ Ｋ条 件 下 实 ２ 图 ４不 同 电极 间隙 下气 体 的转 动 温 度 了数值模拟研究。本文利用发射治 普 对阻容耦合 验和拟合的 Ｎ ＋ ｕ ｇ０ ０ ２Ｂ （ —Ｘ ＋ — ） ， 随放甩电压的变化关 系（ 电频率 放 针针电极结构实现的大气压辉光放电等离子体进 发射光谱图。 ｆｌ Ｈ ） ＝ ０ ｋ ｚ 行了光学诊断并计算了等离子体的气体温度 ， 另 电压的变 化过程 没有 出现 放 电细 丝或 苦 电通道 的收缩现 象 。 放 夕谚院 了放电电压和电极间隙放电等离子饰气 体温度的影响。 ｆ ３ 大气压辉光放电等离子体光谱与气体温度测量 ． ２ ２实验装置 在大气压辉光放 电中， 由于电子具有高的迁移率 ， 可以在瞬变电场 实验装置主要由放 电回路和光谱测量系统两部分组成 ，如图 １ 所 示。实验放电回路主要 由交流电源、 电电极、 放 电容器组和 电阻 四个部 中得到加速获得很高的动能。高能量 电子与周围的分子发生非弹性碰 产生 Ｏ Ｏ， Ｎ， Ｏ ，＋ 和 ０＿ Ｈ， Ｈ， Ｈ ： ， Ｎ Ｎ ２等潘 ｌ粒子。在大气压条件下 ， 生 分。 正弦交流电源可以提供 ０ ５ Ｖ的放电电压和 ５ １ Ｈ 的放电频 撞 ， — ０ｋ — ５ｋ ｚ 空气 中放 电的发射光谱主要 由 Ｎ （３ Ｂ Ｉ） Ｎ＋（： ， ： Ⅱ Ｃ ３Ｌ 和 ２ Ｂ 一ｘ ： 率， 电容器组通过合适的并联和串联可以提供 ｎ — ０ Ｆ的电容 ， １ １０ｎ 电阻 ∑ ｇ０ ， 构成。ＬＦ Ａ Ｅ软件是一欹 可以根据分子 的转动温度确定 ＩＢ Ｓ 可以在 １０ — ０ ０ Ｑ 范围内调解 。 支针状 固定在聚四氟支架 ｔ， ００ ５０ ２ 电极 转动光谱的拟合软件。 通过与买验测得的 Ｎ ｘ∑ 一 郏 嘴 尖端直径为 ０ 电极间隙在 ０ ５ ｉ 范围内可调。为使放 电达到 相应的 ． ｍｍ， ８ — ０ｍｌ ｌ 最理想的效果 ， 电容器和电阻值分别固定在 １． Ｆ和 ２ ０ 实验过 带进行 比对，并根据吻合时的模拟光谱的转动温度确定 Ｎ＋ ６ｎ ４ ５０ Ｑ， ２的转动温 图 为在应用电压为 ２ Ｖ、 ４ｋ 驱动频率为 １ Ｈ 、 ０ｋ ｚ电极间隙为 ５ｍｍ 程 中产生 的光信号通过光纤探头收集并经光纤传输至 ＭＯ Ｅ ５ ０ 度。 ３ Ｄ Ｌ ２ ０ｉ ： ＝ ｘ 一 ） 光栅单色仪 （ ２ ０ 条 ｍ １闪耀波长 ２ ０ｎ ） 光栅 ４ ０ ｍ一 ， ０ ｍ进行分光 ， 单色仪 时放电产生的氮分子离子第一负带 Ｎ ２ — ０ ０ Ｏ 发射光谱及 ＬＦ Ａ Ｅ ＩＢ Ｓ 模拟的温度为 ６０Ｋ的 Ｎ １ ２ ２ Ｂ ｏ ｏ的发射光谱。从 －） 输出的光信号由Ｃ Ｄ转换为数字信号， Ｃ 并通过计算机采集。 ３ 果与讨 论 结 图中可以观察到 ， 实验光谱和模拟光１吻合程度较高， 普 即可 以确定等离 子体的气体温度为 ６ ０Ｋ ２ 。 ３ ． １大气压－ 气炳≥ 放 电图像 空 匕 通过确立合适的电容和电阻值， 升高放电电压带来的电流密度正反 ３ ． ３应用电压对大气压辉光放电等离子体气体温度的影响 在大气压空气中， 电压对大气压辉光放 电等离子体气体温度的影响 馈增长得到有效的抑制， 使大气压辉光放电得到产生。图 ２ 为不 同电压 ｃｋ ｚ ｍ ５ 下大气压辉光放电照片，放 电电路中电容和 电阻值分别为 １． Ｆ和 如 图 ４所示 。实验的驱动频率为 １ Ｈ ，电极 间隙分别 为 ３ｍ ， ６ｎ ４ ２ ０ 电极间隙为 ５ｍ 放电频率保持在 １ Ｈ 。 ５ ０ ｎ， ｍ， ０ｋ ｚ从图中可以看 出， ｍｍ ７ｍｌ 从图中可以看 出， ， ｉ。 ｌ 等离子体的气体温度随着电压的升高而升 并在不同位置出现一次气体温度的急剧升高。当电极间隙为 ３ｍｍ 整个放电的形态随电压变化保持稳定 。当放电电压峰峰值超过 ２ Ｖ 高， ２ｋ 时， 整个气｜ 体间隙得到击穿 ， 放电由电晕放电过渡到辉ｌ 电。 光放 随着电压 时， 等离子体具有较高的初始气体 蔓， 当放电电压升高到超过 ２ ｖ ４ｋ 等离子体的气体温度发生跳变，｝ ６ ０ 于 至 ０ ０ Ｋ以上， 此时辉光放电已 的增长 ， 放电区域直径逐渐增大， 放电的颜色也由紫色变为橙黄色 ， 整个 时， 经转换为弧光放电。当电极间隙为 ５ｍｉ和 ７Ｉｍ ｌ ｌ ｌ （ Ｔ 下转 ２ ８页 ） ６
辉光放电与等离子体
辉光放电与等离子体1、辉光放电通常把在电场作用下气体被击穿而导电的物理现象称之为气体放电。
气体放电有“辉光放电”和“弧光放电”两种形式。
辉光放电又分为“正常辉光放电”与“异常辉光放电”两种，它们是磁控溅射镀膜工艺过程中产生等离子体的基本环节。
辉光放电（或异常辉光放电）可以由直流或脉冲直流靶电源通过气体放电形成，也可以用交流（矩形波双极脉冲中频电源、正弦波中频与射频）靶电源通过真空市内的气体放电产生。
气体放电时，充什么样的工作气体、气压的高低、电流密度的大小、电场与磁场强度的分布与高低、电极的不同材质、形状和位置特性等多种因素都会影响到放电的过程和性质，也会影响到放电时辐射光的性质和颜色。
（1）直流辉光放电①在阴-阳极间加上直流电压时，腔体内工作气体中剩余的电子和离子在电场的作用下作定向运动，于是电流从零开始增加；②当极间电压足够大时，所有的带电离子都可以到达各自电极，这时电流达到某一最大值（即饱和值）；③继续提高电压，导致带电离子的增加，放电电流随之上升当电极间的放电电压大于某一临界值（点火起辉电压）时，放电电流会突然迅速上升，阴-阳极间电压陡降并维持在一个较低的稳定值上。
工作气体被击穿、电离，并产生等离子体和自持辉光放电，这就是“汤生放电”的基本过程，又称为小电流正常辉光放电。
④磁控靶的阴极接靶电源负极，阳极接靶电源正极，进入正常溅射时，一定是在气体放电伏-安特性曲线中的“异常辉光放电区段”运行。
其特点是，随着调节电源输出的磁控靶工作电压的增加，溅射电流也应同步缓慢上升。
⑵脉冲直流辉光放电脉冲或正弦半波中频靶电源的单个脉冲的气体放电应与直流气体放电伏-安特性曲线异常辉光放电段及之前段的变化规律相符。
可以将其视为气体放电伏-安特性在单个脉冲的放电中的复现。
脉冲直流靶电源在脉冲期间起辉溅射，在脉冲间隙自然灭辉（因频率较高，肉眼难以分辨）。
溅射靶起辉放电后，当电源的输出脉冲的重复频率足够高时，由于真空腔体内的导电离子还没有完全被中和完毕，第二个（以后）重复脉冲的复辉电压与溅射靶的工作电压接近或相同。
高强度脉冲软X光源
高强度脉冲软X光源
罗承沐;李成榕
【期刊名称】《光学机械》
【年(卷),期】1991(000)001
【摘要】本文介绍清华大学电机工程系研制的一种高强度软X光源,这种光源是由喷气式Z箍缩等离子体产生的。
阐述了Z箍缩装置的工作原理,研究了装置的运行参数(如充电电压、充气密度等)对软X射线发射的影响。
用热电堆测量了X射线的产额。
并介绍了用无窗XRD(X射线二极管)测量脉冲x射线的初步结果:光源处的X射线总能量超过100J,发射时间约100ns,其功率达10~9W以上。
【总页数】4页(P50-53)
【作者】罗承沐;李成榕
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】O434.1
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。