SF6分子的10.6μm高分辨射流冷却激光吸收光谱

六氟化硫(SF₆)是一种长寿命的温室气体,其红外吸收光谱对模拟大气辐射平衡非常重要. SF₆也是研究激光分离同位素原理和技术的典型体系之一.由于SF₆分子较重,其室温下的红外光谱非常密集,给利用吸收光谱技术监测不同SF₆同位素分子的相对浓度带来很大困难.本文利用超声射流冷却和像散型多程吸收池技术,测量了32SF₆和33SF₆同位素分子在10.6μm波段的高分辨红外激光吸收光谱.处于振动基态的32SF₆和33SF₆分子在狭缝型超声射流中的转动温度约为10 K,谱线线宽约为0.0008 cm^–1.在此条件下观测到了SF₆一个新的热带,其Q支的位置在941.0 cm^–1附近.将其初步归属为32SF₆的(v1+v2+v3)–(v1+v2)带,对该热带进行简化的转动分析,并讨论利用该热带和33SF₆的v3基频带进行...     

基于飞秒激光引导高压放电的SF6分解物原位检测

气体绝缘开关设备(GIS)绝缘缺陷引发的放电会导致SF₆分解,分解产生的低氟硫化物与设备内的微量H₂O和O₂反应生成具有腐蚀性的物质,影响设备正常运行,因此,研究SF₆分解机理对GIS的安全运行具有重要意义。由于部分分解物在采样过程中发生转化,因此,实现SF₆分解物的原位检测对于研究SF₆分解机理是十分必要的。采用飞秒激光引导高压放电实现了高压放电空间和时间的精确控制,并利用飞秒激光引导高压放电产生的空间分辨光谱实现了SF₆分解物的原位测量。首先研究证明了飞秒激光不会引起SF₆的分解;其次,利用飞秒激光产生的等离子体通道实现了放电空间和时间的精确控制;最后,发现分解物中包含由于高能电子碰撞直接或间接产生的大量S和F的离子和原子。研究证明了基于飞秒激光引导高压放电可以实现SF₆分解物的原位检测,为开展高压放电下SF₆分解机理研究提供了一种新的研究手段。     

便携式非分光红外SF6气体检测方法研究

为了满足电力系统中对SF₆气体精确测量的需求, 基于非分光红外差分检测原理, 设计了一种便携式的SF₆气体传感器。系统采用单光束双波长结构, 对直射式和梯形反射式气室进行光学仿真, 最终确定了气室类型, 提高了系统的紧凑性和灵敏度。在电路方面设计了一种小信号放大滤波电路, 有效地将有用信号从噪声中提取出来; 传感器采用高精度高性能模数转换器将模拟电信号转换为数字信号送入单片机处理, 大大提高了检测精度。实验结果表明, 该传感器能够准确检测体积分数为0~2×10-3范围内的SF₆气体, 满量程精度可达4.2%。     

同步辐射光激励的二氧化硅薄膜刻蚀研究

利用热氧化法在硅晶片上生长SiO₂薄膜，结合光刻和磁控溅射技术在SiO₂薄膜表面制备接触型钴掩模，通过掩模方法在硅表面开展了同步辐射光激励的表面刻蚀研究，在室温下制备了SiO₂薄膜的刻蚀图样.实验结果表明：在同步辐射光照射下，通入SF₆气体可以有效地对SiO₂薄膜进行各向异性刻蚀，并在一定的气压范围内，刻蚀率随SF₆气体浓度的增加而增加，随样品温度的下降而升高；如果在同步辐射光照射下，用SF₆和O₂的混合气体作为反应气体，刻蚀过程将停止在SiO₂/Si界面，即不对硅刻蚀，实现了同步辐射对硅和二氧化硅两种材料的选择性刻蚀；另外，钴表现出强的抗刻蚀能力，是一种理想的同步辐射光掩模材料. 关键词： 同步辐射刻蚀 接触型钴掩模 二氧化硅薄膜     

激波与SF6球形气泡相互作用的数值研究

本文基于大涡模拟方法, 采用高阶精度格式对平面入射激波以及不同反射距离条件下的反射激波与SF₆重气泡相互作用过程进行了三维数值模拟. 数值结果清晰地显示了SF₆重气泡在激波作用下诱导Richtmyer-Meshkov不稳定性过程, 揭示了入射激波以及反射激波在气泡界面聚焦诱导射流的过程, 详细分析了不同反射距离条件下反射激波与SF₆重气泡作用过程及流场结构.     

百kV/cm场强下SF6气体开关纳秒脉冲击穿场强和时延经验公式

百kV/cm高场强纳秒脉冲条件下,采用J. C. Martin经验公式估算SF₆气体击穿场强时,估算值与实验结果差异显著。为了进一步指导高场强脉冲气体开关设计,为开关工作状态调节提供依据,借鉴经典击穿场强经验公式形式建立了百kV/cm场强下SF₆气体开关纳秒脉冲击穿场强和时延与实验参数之间的关系,基于实验数据拟合形成了修正系数的击穿场强和时延经验公式。研究表明,百kV/cm场强和纳秒脉冲条件下脉冲电压斜率对开关击穿特性有重要影响,击穿场强与击穿时延相互关联。百ns至μs脉冲与几十ns脉冲气体放电机理的区别引起放电过程中击穿时延组成发生变化,导致了经典击穿场强经验公式估算值与实验结果的显著差异。修正系数的击穿经验公式可为电磁脉冲模拟器输出开关提供更为精确的工程设计依据。     

SF2自由基3d,5s里德伯态的实验确认

利用自行研制的脉冲直流放电装置产生SF₂自由基，结合共振增强多光子电离(REMPI)技术，研究了27—294nm范围内SF₂自由基(2+1)REMPI激发谱，获得了SF₂自由基3d,5s里德伯态相应的带源及被激活的对称伸缩振动模的振动频率，并估算了这些态的量子亏损值． 关键词：     

滑动弧裂解CO2机理

建立了一维滑动弧裂解CO₂的反应机理模型. 利用对流冷却的特征频率计算横向气流对流引起的等离子体组分损失. 将等离子体密度和温度的数值模拟结果与文献中滑动电弧等离子体反应器的实验数据进行了对比,吻合较好. 模拟结果表明,滑动弧裂解CO₂会产生大量O和O₂等活性助燃粒子以及可燃的CO. 随着对流冷却特征频率的增加,放电过程中最大电子数密度和电子温度减小,CO₂转化率下降. 在整个CO₂裂解机制中e+CO₂→e+CO+O的贡献最大,准稳态中贡献率为90.63%,瞬态中贡献率为98.43%. 反应CO+O+M→CO₂+M对CO₂生成的贡献率最大. 在实际应用中,为提高CO₂转化率,可以通过增大放电电流,增大e+CO₂→e+CO+O的反应速率,同时选择合适的气体流量,避免过大的速度引起CO₂转化率下降.      

确定SF6-CO2预放电参数的激光脉冲方法

在均匀电场中,用高能激光脉冲释放初始电子以研究负电性气体的电子崩的发展,决定预放电过程的基本参数(游离系数α,吸附系数η和漂移速度v等)是一个有用的方法,本文对此方法做了详细的分析。采用这种方法对SF₆-CO₂混合气体做了研究,获得了10⁸个以上的初始电子及其分布,并给出了α/P,η/P和ν与E/P(E=电场强度,P=气体压力)的关系。本文还对所用的测量系统做了讨论,提出了改进办法。 关键词：     

HfO2顶层多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀

多层介质膜光栅是高功率激光系统的关键光学元件. 为了满足国内强激光系统的迫切需求,首先利用考夫曼型离子束刻蚀机开展了HfO₂顶层多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀实验研究. 采用纯Ar及Ar和CHF₃混合气体作为工作气体进行离子束刻蚀实验,获得了优化的离子源工作参数. 结果表明,与纯Ar离子束刻蚀相比,Ar和CHF₃混合气体离子束刻蚀时的HfO₂/光刻胶的选择比大. HfO₂的离子束刻蚀过程中再沉积效应明显,导致刻蚀光栅占宽比变大. 根据刻蚀速率分布制作的掩模遮挡板可以提高刻蚀速率均匀性,及时清洗离子源和更换灯丝,可保证刻蚀工艺的重复性. 利用上述技术已成功研制出多块最大尺寸为80 mm×150 mm、线密度1480线/mm、平均衍射效率大于95%的HfO₂顶层多层介质膜脉宽压缩光栅. 实验结果与理论设计一致,为大口径多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀提供了有益参考. 关键词： 光栅 多层介质膜 离子束刻蚀     

碰撞诱导离解(CID)(Ⅱ)——I2(B3∏o+u)在高振动态(v′=62)的碰撞猝灭机理实验研究

本文研究了B³∏_o+u激发态I₂分子在高振动态v′=62时的碰撞猝灭过程。实验中得到了该能级I₂分子和其自身以及与其他气体分子(He,Ar,Kr,H₂,CO,N₂,O₂,CH₄,NH₃,C₂H₆,CCl₄)的碰撞猝灭速率常数,并且发现,在I关键词：     

O2分子激发态a1Δg和b1Σ+g态的分析势能函数

以aug-cc-pVQZ,cc-pV5Z,6-311++g（d,p）和6-311++g（3df,3pd）等为基函数,采用多组态相互作用（MRCI）方法对O₂分子最低的两个激发态¹Δ_g和¹Σ⁺_g的平衡结构、谐振频率和势能曲线进行了计算.并选用Murrell-Sorbie势能函数对曲线进行拟合,利用拟合的参数值计算出了力常数和光谱数据.结果表明计算值与实验值符合较好. 关键词： MRCI 势能函数 力常数 光谱数据     

FTIR被动遥测信噪比优化及在变电站SF6泄漏检测应用

被动FTIR红外遥测技术可应用于气体泄漏检测,气体检测下限与仪器信噪比密切相关。仪器信噪比与测量参数有关,如光谱分辨率、采样频率、积分时间、平均次数等,如何结合实际应用优化参数组合以实现最佳信噪比,目前还缺少系统分析。针对这一问题,从理论上分析了这些参数与信噪比关系,并归类为三个方面：（1）光谱分辨率,引用了Roland Harig给出的结论,当光谱分辨率低于特征峰半高全宽时,信噪比不变,但为了避免背景气体的交叉干扰,分辨率不宜设置过低,需要结合实际应用综合考虑;（2）降低采样频率能够减少计算量,缩小光谱范围,但采样频率和光谱范围与信噪比无关;（3）在积分时间和光谱平均次数方面,同样时间条件下,多次干涉图采集会引入零光程差的采样误差,使得噪声大于理论计算值,因而长积分时间获得信噪比优于多次平均。开展了六氟化硫（SF₆）泄漏检测实验,根据SF₆特征峰宽度选择4 cm-1分辨率,20 kHz采样频率兼顾了信噪比和检测时间,并利用FTIR巡检系统发现变电站泄漏点,证明了方法的有效性。     

O2/CO2气氛下CO对煤焦异相还原NO影响的研究

为揭示O₂/CO₂燃烧过程中高浓度的CO对煤焦异相还原NO的影响,在1073 K温度下使用山西褐煤在卧式炉上进行了实验。分别对O₂/CO₂浓度比及CO浓度下NO的还原特性进行详细实验研究。研究结果表明:在O₂/CO₂气氛下,O₂浓度为30%时具有较高的还原率;相同O₂浓度下O₂/CO₂气氛较空气气氛NO还原率高,表明在CO存在的条件下,高浓度的CO₂会促进NO的还原;当CO浓度从1.5%逐渐升高时,NO的还原率逐渐降低,到CO浓度为5%时,NO还原率比没有加入CO时还要低,而在空气气氛下CO浓度的变化对NO的还原率影响较小。     

O2/CO2气氛下循环流化床煤燃烧SO2排放

在热输入功率50 kW的循环流化床O₂/CO₂燃烧试验装置上研究燃煤SO₂排放特性及石灰石脱硫机理。结果发现,未添加石灰石时,O₂/CO₂气氛下SO₂排放量比相同O₂浓度的空气气氛下低;随着O₂浓度的升高,排放量升高。相同钙硫摩尔比下,O₂/CO₂气氛下石灰石的脱硫机理以直接脱硫为主,脱硫效率比空气气氛下高;随着O₂浓度的增加,石灰石脱硫效率提高。     

Pt掺杂MoSe2吸附CF3I分解组分的第一性原理研究

CF₃I作为SF₆最具潜力的新型环保绝缘气体,在电气设备出现局部放电、过热等缺陷故障时,会产生C₂F₆和C₂F₄等强温室气体,为确保电力设备稳定运行,有必要对CF₃I典型分解组分吸附去除.本文基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,通过吸附能、吸附距离、电荷转移和态密度等吸附指标,分别探究了不同数量Pt掺杂MoSe₂对C₂F₆和C₂F₄气体分子的吸附性能.研究结果表明：不同数量Pt掺杂在MoSe₂表面均存在稳定的掺杂结构,且相较本征MoSe₂,Pt掺杂后的MoSe₂导电性均得到了有效增强;Pt掺杂MoSe₂对CF₃I分解组分的吸附效果：Pt₂-MoSe₂>Pt-MoSe<...     

第一性原理研究O2在TiN4掺杂石墨烯上的氢化

作为一种新型高效质子交换膜燃料电池阴极材料, 金属与N共掺杂的石墨烯因其对氧还原反应具有较高的活性而引起了人们的广泛关注. 采用包含色散力校正的密度泛函理论方法系统地研究了O₂在TiN₄掺杂的Graphene上的吸附, 氢化特性. 结果表明: 1) O₂倾向于以side-on模式吸附在Ti顶位, 形成O-Ti-O三元环结构; 2) O₂在TiN₄-Graphene上更倾向于以分子形式直接氢化, 形式OOH结构, 并进一步解离为O+OH, 反应的限速步为O₂的氢化, 对应的反应势垒为0.52 eV.     

基于RBF神经网络气压补偿的非色散红外SF6气体传感器

非色散红外SF₆气体传感器具有测量范围广、灵敏度高、抗干扰能力强等优点,在电力系统中具有广泛的应用。在实际检测过程中,环境气压的变化对气体传感器的检测精度有较大的影响,提出利用RBF神经网络建立气体传感器气压补偿模型,运用其泛化和非线性映射能力对环境气压波动引起的测量误差进行补偿。实验结果表明:采用气压补偿模型后的气体传感器在气体浓度3 260 mg/m3~9 781 mg/m3,气压100 kPa~120 kPa范围内,最大测量误差由±646 mg/m3降为±52 mg/m3,测量精度为±0.53%FS。该方法相比于拟合法和硬件电路补偿法具有更高的测量精度和稳定性,降低了传感器的体积和成本。     

Ce3+, Mn2+共掺的Ca4Y6 (SiO4)6F2的发光性质和能量传递

采用高温固相法制备了Ca_4-xY_5.95 (SiO₄)₆F₂:0.05Ce³⁺, _xMn^{2 +}系列荧光粉,并对其发光性质以及Ce³⁺, Mn^{2 +}在Ca₄Y₆ (SiO₄)₆F₂ (CYSF)基质中的能量传递过程进行了研究.相结构研究表明: CYSF属于一种基于磷灰石结构的类质同象化合物.CYSF: 0.05Ce³⁺, _xMn²⁺荧光粉在200–373 nm为宽带激发光谱,Ce³⁺和Mn²⁺在408 nm和602 nm的发射峰分别由Ce³⁺的5d→4f的跃迁和Mn²⁺的⁴T₁ (⁴G)→ ⁶A₁ (⁶S)的跃迁产生.光谱重叠现象以及荧光寿命测试结果证明了Ce³⁺对Mn²⁺具有敏化作用,能级结构分析进一步证实该体系中存在Ce³⁺→Mn²⁺的能量传递过程,可有效地将Ce³⁺的蓝光转换为红橙光. 关键词： 磷灰石 发光性质 能量传递     

基于O2-O2吸收的非相干宽带腔增强吸收光谱浓度反演方法研究

针对传统非相干宽带腔增强吸收光谱浓度反演方法的定量结果易受镜片反射率标定误差的影响问题, 提出了一种基于测量大气O₂-O₂吸收的浓度反演方法. 该方法是将非相干宽带腔增强吸收光谱技术的光学增强腔等效成吸收光程不随波长变化的多次反射池, 首先根据测得的宽带腔增强大气吸收谱和参考谱计算出光学厚度, 并应用差分光学吸收光谱算法拟合修正后的气体吸收截面到光学厚度, 反演得到大气中O₂-O₂以及被测气体的柱浓度, 然后根据O₂-O₂在大气中的含量已知且相对稳定这一特性, 确定出等效多次反射池的吸收光程, 最后从被测气体的柱浓度中扣除吸收光程信息得到被测气体的浓度值. 以监测大气中NO₂实验为例, 应用该方法在454-487 nm波段反演得到了大气NO₂的浓度(1-30 ppbv范围内), 并将反演结果与传统浓度反演方法的结果进行了对比, 发现两者的不一致性在7%以内. 实验结果表明, 非相干宽带腔增强吸收光谱技术可以利用大气O₂-O₂的吸收来定量其他被测气体的浓度, 而且定量结果对镜片反射率的标定误差不敏感.