离子液体在甲烷等离子体转化中作用机理的光谱研究

在直流等离子体甲烷转化反应体系中分别引入C₆MIMBF₄,C₆MIMCF₃COO,C₆MIMHSO₄三种离子液体,采用光谱在线技术检测反应中活性物种的种类和光谱谱峰相对强度的变化,研究了离子液体在气液等离子体甲烷转化反应中的作用机理。结果表明：向甲烷等离子体体系中引入离子液体可得到稳定的气液界面,并提高了甲烷转化率和C₂烃产物收率,C₆MIMCF₃COO和C₆MIMBF₄有助于提高C₂烃选择性,而C₆MIMHSO₄则导致C₂烃选择性下降。在气液等离子体甲烷放电体系中检测到了C,C₂,C₃,CH,H等活性物种的发射光谱,与未引入离子液体时相比大多数活性物种的谱线强度均有增加。核磁共振研究表明反应后离子液体C₆MIMBF₄结构稳定,可认为离子液体作为液体导电介质提高了等离子体放电强度,促进等离子体区气相反应过程,同时离子液体在气液表面反应过程起催化作用。     

多针双极电晕放电形貌发射光谱研究

利用光学发射光谱(OES)法检测N₂发射光谱,研究常压下多针双极电晕放电中高能电子分布。根据N₂第二正态激发谱峰I_SPB在空间的分布,较精确地确定其电离区形貌,体积分I_SPB获知I_SPB与放电电流I之间的关系。多针双极电晕放电在高压电极和地电极附近各有一个电离区,各电离区的范围都随电压U的升高而不同程度增大。其中负电晕电离区范围大于正电晕电离区,高压端电子雪崩沿针尖轴向比沿径向发展范围大。正负电晕电离区中I_SPB体积分值均与I近似呈一阶线性关系,即I_SPB的分布和高能电子浓度相对应。电离区中形成电流的带电粒子为高能电子,迁移区中形成电流的带电粒子为离子。     

MPCVD等离子体的发射光谱研究

在2.45 GHz, 800 W微波等离子体化学气相沉积装置上,利用发射光谱对CH₄/H₂等离子体进行在线诊断,分析了等离子体中存在的基团,研究了甲烷浓度对各基团浓度及基团的空间分布的影响。结果表明：等离子体中存在CH, H_α, H_β, H_γ, C₂ 基团和Mo杂质原子,随着甲烷浓度的升高,各基团的发射光谱强度均有增加,其中C₂基团强度显著增加。CH与H_α基团的发射光谱强度比值随甲烷浓度的增加变化不大,而C₂与H_α基团的发射光谱强度的比值随甲烷浓度的增加而显著增大。另外,甲烷浓度的增加使得等离子体中各基团在空间分布的均匀性变差。     

室温下基于微等离子体放电发射光谱法检测甲烷

建立了一套针板电极交流放电微等离子发生装置,以氮气作为载气,甲烷为分析气体,放电电压为1.32 kV, 放电距离为3 mm, Pt丝和Pt/MWNT复合纳米粒子修饰FTO电极为放电电极,放电频率为30 kHz,功率消耗为13 W,利用发射光谱法检测放电过程中产生的微等离子体发射光谱,用于在室温下检测甲烷气体。在交流电压下,检测到甲烷的谱线有CH,C₂和H_α,以C₂谱线作为甲烷分析线,发现C₂谱线强度与甲烷浓度在0.5%～4.0%(φ)的范围内呈线性,检出限(S/N=3)为0.19%。以H_α谱线为分析线,H_α谱线强度与甲烷浓度在0.1%～3.0 %(φ)范围内呈线性, 检测限(S /N=3)为0.03%(φ)。对于3.2%的甲烷气体,平行测定11次,在Pt/MWNT/FTO电极上以C₂谱线为分析线和以H_α谱线为分析线的相对标准偏差分别为 1.3%和1.9%。说明Pt/MWNT 纳米复合材料修饰电极提高了分析方法的重现性和精密度。以空气混合气体为稀释气体,甲烷气体放电行为与纯氮气中放电行为有较大差异,C₂峰消失,只有H_α峰存在。H_α峰强度与甲烷浓度在0.5%～4%范围内有线性相关性。与其他的光发射光谱检测系统相比,该系统装置尺寸小,制备简单且在室温下操作。     

多针对板负电晕放电电离区形貌确定

在前期对常压下多针对板负电晕放电伏安特性研究的基础上,利用光学发射光谱(OES)法检测放电产生的N₂发射光谱,研究其电离区形貌。根据N₂发射光谱中峰值最大的第二正态激发谱峰强度I_SPB在高压针电极周围的空间分布,较精确地确定了电离区形貌;在电离区内体积分I_SPB,获知I_SPB与放电电流I之间的关系。实验结果表明,电离区大小随着外加电压U升高而增大;电子雪崩始于距离针尖半径约1 mm处的球面上,并且只在mm量级范围内发展,即电离区的大小为mm量级;电子雪崩沿针尖轴向比沿径向发展范围大,电离区形貌为“子弹”状;I_SPB的积分值与I成二次相系数很小的二阶线性关系,故放电中受激物质主要是N₂;高能电子主要存在于电离区,迁移区中形成电流的带电粒子为离子。     

光谱诊断冷等离子体作用下甲烷转化机理的初步研究(英文)

冷等离子体是甲烷无氧活化制C2烃较为有效的技术手段之一,由于等离子体反应体系的复杂性,甲烷无氧活化制C2烃反应机理及过程尚不十分清楚。本文采用发射光谱原位诊断技术对冷等离子体作用下甲烷无氧活化制C2烃反应中若干激发态物种进行诊断研究,在250nm～670nm波长范围内检测到下列激发态物种:CH、C和C2。依据激发态物种检测结果、气相色谱反应产物分析结果及等离子体特性,推断了等离子体作用下甲烷无氧活化制C2烃的自由基反应历程。     

发射光谱研究多针对板正电晕放电形貌

利用光学发射光谱(OES)法检测N₂发射光谱,研究了常压下多针对板正电晕放电中辉光放电和击穿流光放电的高能电子分布,并与相同电极结构下负电晕放电进行了比较。根据N₂第二正态激发谱峰I_SPB在空间的分布,较精确地确定了辉光放电电离区形貌和击穿流光放电电通道形貌,体积分辉光放电中I_SPB获知I_SPB与放电电流I之间的关系。辉光放电中,电离区范围和I_SPB比负电晕放电小,电子雪崩沿针径向比沿轴向发展范围大;随着U升高,电离区范围只沿针轴向小幅度增大;I_SPB的积分值与I近似成二阶线性关系。击穿流光放电中,针板之间形成放电通道;针尖周围I_SPB较强的区域成“子弹状”,距离针尖较远的放电通道内高能电子密度沿针轴向分布比较均匀,沿针径向先略有增大后减小。     

高气压MPCVD沉积金刚石的光谱研究

采用微波等离子体化学气相沉积方法(microwave plasma chemical vapor deposition, MPCVD)在高沉积气压(34.5 kPa)下制备多晶金刚石,利用发射光谱(optical emission spectroscopy, OES)在线诊断了CH₄/H₂/O₂等离子体内基团的谱线强度及其空间分布,并利用拉曼(Raman)光谱评价了不同O₂体积分数下沉积出的金刚石膜质量,研究了金刚石膜质量的均匀性分布问题。结果表明：随着O₂体积分数的增加,C₂, CH及H_α基团的谱线强度均呈下降的趋势,而C₂,CH与H_α谱线强度比值也随之下降,表明增加O₂体积分数不仅导致等离子体中碳源基团的绝对浓度下降,而且碳源基团相对于氢原子的相对浓度也降低,使得金刚石的沉积速率下降而沉积质量提高。此外,具有刻蚀作用的OH基团的谱线强度却随着O₂体积分数的增加而上升,这也有利于降低金刚石膜中非晶碳的含量。光谱空间诊断发现高沉积气压下等离子体内基团分布不均匀,特别是中心区域C₂基团聚集造成该区域内非晶碳含量增加,最终导致金刚石膜质量分布的不均匀。     

脉冲电晕放电脱除NO化学反应动力学过程

采用非接触的色散荧光发射光谱和时间分辨光谱方法,在大气压条件下,对脉冲电晕放电脱除NO的化学反应动力学过程进行了实验研究。在该研究中,首先利用色散荧光发射光谱方法,得到纯NO气体脉冲电晕放电中各活性粒子的色散荧光谱,并对其进行归属,确定了各活性粒子的灵敏指纹跃迁谱线;在此基础上,通过测量NO气体放电过程中所产生的N+,O,N₂及NO分子的灵敏指纹跃迁谱线的时间行为特性,研究脉冲电晕放电脱除NO的化学反应机理。实验结果表明：在脉冲电晕放电过程中,NO分子首先与高能电子发生非弹性电离碰撞,变成NO+离子,随后NO+离子发生解离反应,形成N+离子和O原子;N+离子在向阴极运动过程中与电子碰撞结合成激发态N原子,继而和其他激发态N原子结合成为激发态N₂;而O原子则应与其它O原子结合成为O₂。由此建立了大气压条件下纯NO气体脉冲电晕放电脱除NO的化学反应动力学模型。     

介质阻挡放电等离子体的化学动力学效应研究

为了进一步揭示等离子体强化甲烷点火过程的化学动力学机理,设计和搭建了介质阻挡放电等离子体激励空气的实验系统,实验测量了在空气中介质阻挡放电等离子体激励器产生的发射光谱,利用光谱技术分析了等离子体激励空气产生的若干活性粒子,给出了零维均质点火模型以及敏感性分析和化学路径分析的计算方法,模拟了不同初始温度下NO和O₃对甲烷点火延迟时间的影响,并分析了活性粒子NO和O₃强化甲烷点火的化学动力学过程。研究表明：介质阻挡放电等离子体激励空气主要产生N₂和O₂的若干激发态粒子,并最终转化成存活时间较长的活性粒子NO_x和O₃,等离子体对甲烷点火过程的影响可以简化成活性粒子NO_x和O₃对甲烷点火过程的影响;CH₃的氧化速率决定了甲烷点火过程的快慢,在自点火过程中CH₃的氧化路径是反应式R155和R156,初始温度较低时R155和R156的反应速率慢,所以甲烷的点火延迟时间长;NO缩短点火延迟时间是由于CH₃的氧化路径由自点火过程中的反应式R155和R156改为反应式R327 CH₃O₂+NO=CH₃O+NO₂和R328 CH₃+NO₂=CH₃O+NO;O₃强化甲烷点火过程同样是由于O₃改变CH₃的氧化路径,从化学动力学上缩短点火延迟时间。     

常压等离子体作用下CO2氧化CH4转化反应的光谱分析

采用光谱原位诊断技术在200～900nm范围内采集并标识了不同CO2添加量时CH4等离子体光谱。确定了常压下不同CO2添加量时CH4等离子体的活性物种。CO2添加量不同活性物种谱峰相对强度变化趋势不同,O活性物种谱峰相对强度随CO2添加量增加迅速增加。C2活性物种谱峰相对强度随CO2添加量增加逐渐降低。反应体系产生的活性O对CH4转化反应产物具有明显影响,CO2添加量不同,CH4转化反应机理不同。当CO2添加量小于30%时,CH4转化以偶联反应为主。CO2添加量大于30%时,CH4转化以重整反应为主。     

The effects of high purity MgO nano-powders on the electrical properties of AC-PDPs

A major goal in plasma display panel technology is to reduce power consumption and increase efficiency. A candidate method to accomplish this goal is to increase the Xe content in discharge gases. However, this method has the weak point of increasing discharge voltages. High purity MgO powders made by the self-reaction method are adopted to overcome this disadvantage. From scanning electron microscope analysis, particles of the powders were observed to have very sharp edges, and the impurity content is very low according to inductively-coupled plasma mass spectrometry analysis. Moreover, the powders show a very high photo-induced electron emission and exo-electron emission, and have a very low concentration of oxygen vacancies by cathodoluminescence. Finally, the discharge voltage of high purity MgO powder-adopted films is reduced by about 34% compared to that of conventional films.     

Kalman滤波法在电感耦合等离子体原子发射光谱分析中的应用 Ⅰ．测定高纯氧化铥中的14种稀土杂质

本文研究了电感耦合等离子体原子发射光谱分析Ｋａｌｍａｎ滤波法测定高纯氧化铥中的１４种其他稀土杂质的方法。Ｋａｌｍａｎ滤波法有效地消除光谱干扰，可利用受干扰的光谱灵敏线，因而可提高灵敏度，是一种在大量基体存在下测定痕量杂质的有效方法。     

Kalman滤波法在电感耦合等离子体原子发射光谱分析中的应用──Ⅱ．测定高纯氧化铕中的14种稀土杂质

本文研究了电感耦合等离子体原子发射光谱分析Ｋａｌｍａｎ滤波法测定高纯氧化铕中的１４种其他稀土杂质的方法。Ｋａｌｍａｎ滤波法有效地消除光谱干扰，可利用受干扰的光谱灵敏线，因而可提高灵敏度，是一种在大量基体存在下测定痕量杂质的有效方法。     

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在微波化学气相沉积装置上采用微波激发氢气甲烷体系等离子体,通过光学多道分析仪采集等离子的发射光谱.实验表明,甲烷在等离子体中的裂解产物主要以CH,CH-,C2基团的形式存在.这些基团的发射光谱强度主要受放电压强和放电功率的影响.随着微波功率的增加甲烷基团发射光谱强度呈增长的趋势;而随着放电压强的增加则是先增大,后减小.这些实验结果对于理解微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)中各种反应过程,调整薄膜制备工艺提供了参考.     

Effect of potantiostatic waveforms on properties of electrodeposited NiFe alloy films

The influence of the deposition potentials applied in continuous and pulse waveforms on the properties of the electrodeposited NiFe alloy films have been investigated. The films were grown on (100) textured polycrystalline copper substrates. During growth, the films were characterized by recording the current-time transients. The composition of samples was determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES). The analysis results revealed that the Fe content in the films decreases as both the deposition potential and the film thickness increase. The X-ray patterns showed that the films have face centred cubic (fcc) structure as their substrates and the (111) texture. The magnetic characteristics of films studied by a vibrating sample magnetometer (VSM) were found to vary depending on the type of the deposition (pulse or continuous) and the thickness of samples. The easy axis is in the film plane for all samples.     

准分子激光取样与电感耦合等离子体质谱和光谱联用分析仪器研究进展

将准分子激光剥蚀取样后的产物经由电感耦合等离子质谱与光谱分析,从而获得被激光剥蚀样品的元素与同位素含量信息,是迄今为止适应于表面原位微区分析最为重要的分析科学技术手段之一。基于准分子激光剥蚀取样技术分别与电感耦合等离子体质谱或发射光谱技术联用的分析手段, 已经被广泛应用于地质学、材料学、环境科学,甚至生命科学领域的原位微区分析研究当中, 并且分别体现了各自技术的优势：固体材料表面的原位微区激光剥蚀取样技术既可以获取被分析材料的原位微区信息（满足了需要空间高分辨的微区元素与同位素信息提取的需求）,又避免了样品预处理带来的可能污染问题,同时,脉冲宽度为纳秒或飞秒的深紫外准分子激光具有极高的能量密度,用于剥蚀固体材料表面取样产生的热效应较低,引起的化学元素和同位素分馏效应不明显,其剥蚀取样的产物（气溶胶）可以更为接近代表原被剥蚀固体材料表面的化学元素和同位素组成;电感耦合等离子质谱分析和光谱分析技术已被证明可以高质量地提供被分析样品的元素与同位素信息,激光剥蚀取样技术与电感耦合等离子体质谱分析技术联用已经为固体材料表面的原位微区元素和同位素分析,带来了大量可信的科学分析数据,近年来将质谱分析手段与光谱分析手段联用于等离子体分析,并应用于元素和同位素化学分析,利用质谱分析与光谱分析方法各自的优点,优势互补,旨在提高电感耦合等离子质谱和光谱技术的元素和同位素分析精度,有望成为了一种新的分析科学方案。从应用于原位微区微量元素与同位素化学分析的需求出发,介绍了基于准分子激光剥蚀取样技术和电感耦合等离子体质谱与光谱分析技术同步联用的分析技术方案,并对于研发相关分析仪器的进展进行了概括与展望。     

Field electron emission from amorphous carbon films grown in pure methane plasma

By using RF plasma-enhanced chemical vapor deposition, amorphous carbon films were grown in pure methane plasma. Field emission of the films were examined as a function of substrate temperature. It was found that the emission current from the samples prepared at substrate temperatures higher than 600 °C were considerably improved. According to the results by Raman spectroscopy, growth of graphite crystallites were promoted with high substrate temperatures. Moreover, the surface morphology was abruptly changed at high substrate temperatures over 600 °C. We discuss the field emission characteristics of the amorphous carbon films with regard to the structural features and the surface morphology.     

高气压直流辉光CH4/H2等离子体的气相过程诊断

对高气压(约100 Torr) 直流辉光碳氢等离子体的气相过程进行了光谱和质谱原位诊断. 在高气压下, 等离子体不同区域光发射特性存在明显差异. 正柱区存在着以C₂和CH为主的多个带状谱和分立谱线, 阳极区粒子发射谱线明显减少, 而在阴极区则出现大量复杂的光谱成分, 表明高气压情形下等离子体与阴极间强烈的相互作用将导致复杂的原子分子过程. 从低气压到高气压演变过程中, 电子激发温度降低而气体分子转动温度升高. 在高气压下, 高甲烷浓度导致C₂, C₂H₂及C₂H₄增多而C₂H₆减少. 表明在高气压条件下, 气体温度对气相过程的影响作用显著增强. 关键词： 高气压直流等离子体 光发射谱 质谱