两种电场结构下离子运动轨迹模拟与实验对比研究

结合最新的离子与分子碰撞模型,编写在Simon 7.0平台下的离子运动模拟程序,实现了在漂移管电场中离子运动轨迹的模拟,开展在两种漂移管电极结构即均匀电场和周期性聚焦电场下离子的运动轨迹模拟与质子转移反应质谱(PTR-MS)实验检测对比研究,得到了常见有机物的可探测灵敏度,发现周期性聚焦电场PTR-MS的性能总体上要比均匀电场PTR-MS好,可探测灵敏度增加了5～9倍,显示了通过对离子运动轨迹的理论模拟在仪器性能优化与改进上的优势,同时该方法具有用于提高其他质谱检测仪器灵敏度的巨大潜力.     

两种电场结构下离子运动轨迹模拟与实验对比研究

结合最新的离子与分子碰撞模型,编写在Simon 7.0平台下的离子运动模拟程序,实现了在漂移管电场中离子运动轨迹的模拟,开展在两种漂移管电极结构即均匀电场和周期性聚焦电场下离子的运动轨迹模拟与质子转移反应质谱(PTR-MS)实验检测对比研究,得到了常见有机物的可探测灵敏度,发现周期性聚焦电场PTR-MS的性能总体上要比均匀电场PTR-MS好,可探测灵敏度增加了5~9倍,显示了通过对离子运动轨迹的理论模拟在仪器性能优化与改进上的优势,同时该方法具有用于提高其他质谱检测仪器灵敏度的巨大潜力.     

离子检测仪器中离子运动轨迹模拟研究

结合Simon 7.0程序编程,将最新而又最经典的离子与分子碰撞模型即Monte Carlo算法应用于离子运动轨迹模拟.本文以离子检测分析技术中的代表质子转移反应质谱(PTR-MS)检测技术为例,结合PTR-MS实验条件,实现了在1.0 Torr和298.15 K条件下对处于均匀电场漂移管中反应离子H3O+的运动轨迹模拟.根据离子运动轨迹模拟和统计分析,为离子检测分析技术性能优化进而提高离子的透过率提供理论支撑和参考,该理论模拟方法在提高离子检测分析技术及其同类检测仪器灵敏度方面显示出一定的应用优势和潜力.     

双频容性耦合CF4等离子体放电的二维混合模拟

研究了等离子体反应装置内的等离子体密度、粒子能量与角度分布等参量在装置径向与轴向上的分布特性。在研究过程中应用二维混合模型对CF4气体放电进行模拟。计算结果显示:在电极表面与侧壁附近的鞘层区特性有明显的区别。由于装置侧壁处受电源产生的射频电场的影响较小,侧壁处的鞘层主要由双极扩散机制形成,其产生的径向电场强度较弱,鞘层厚度也较薄。而在电极附近,由于受到射频电场的影响,鞘层的厚度显著增加,指向电极方向的轴向电场强度也远大于指向侧壁方向的径向电场强度。在电极区域内,离子通量分布均匀;在电极边缘与侧壁的间隙内,因电场强度减小,离子通量则发生迅速衰减。在射频电极覆盖的范围内离子能量分布大体上保持不变,电极与侧壁的交界处,由于受到侧壁处径向电场的影响,离子能量分布略有不同。在放电装置的中心区域,入射到电极上的离子角度分布基本保持一致,而在电极边界与装置侧壁的交界处,由于径向电场的影响,离子的垂直入射角增加,以大角度轰击电极的离子数量也显著增加。     

碰撞对非对称射频鞘层特性的影响

对于大多数活性射频等离子体刻蚀工艺，由于放电室中两个电极的面积不等，使得两个电极附近的等离子体鞘层是非对称性的.考虑离子与中性粒子的碰撞效应，建立了一种描述这种非对称射频鞘层动力学特性的自洽动力学模型.数值结果显示碰撞效应对极板上的瞬时电压降、瞬时电子鞘层厚度、鞘层内的离子密度和动能的空间分布以及两个极板上电压之差等物理量的影响. 关键词： 射频鞘层 非对称电极 碰撞效应 离子     

Paul阱中199 Hg+离子囚禁与射频共振检测

射频囚禁源作为Paul阱实验装置重要部分之一,对离子的囚禁性能影响很大. 为了满足离子囚禁稳定性以及提高离子囚禁势阱深度,设计和制作出两套囚禁离子的射频源和射频共振吸收检测电路. 利用不同频率的射频源及相应检测电路在双曲线型离子阱实验装置中成功地囚禁了¹⁹⁹Hg⁺和N⁺₂离子得到了它们的射频共振吸收信号.     

线型离子阱中空间电荷效应的理论分析

线型离子阱中的离子在射频场作用下做宏观的久期运动,久期运动频率与实验参数有关.但当离子阱中囚禁大量同种电荷的离子时,空间电荷效应会导致离子间存在相互排斥的库仑力,使离子的运动频率发生漂移.本文通过求解泊松方程计算了空间电荷产生的附加电场的解析表达式,在小振动近似下理论计算了该附加电场对久期运动频率的影响,模拟了不同离子云中心密度下久期频率的漂移,讨论了离子云的数目、温度与实验参数之间的关系.对用离子阱进行的频标实验、碰撞实验和其他方面的研究都具有重要的指导意义.     

同轴电极结构下真空放电等离子体生成及传播特性

采用放电电流为100~300 A、持续时间为13 s的单脉冲电源,设计了两种同轴电极结构作为放电阳极,分别为筒状电极、喷嘴状电极。利用MAXWELL 3D电场仿真软件对两种电极结构下的电场分布进行了仿真分析,并采用探针法对放电生成的等离子体的参数进行了测量,分析讨论了同轴电极结构对真空放电等离子体生成特性的影响。选取喷嘴状电极结构作为阳极,分别测量了采用铅、铝、铜三种材质的阴极时生成的等离子体的扩散速度及能量。实验与仿真结果表明:当阳极为喷嘴状电极时阴极尖端的电场强度较大,测得放电电流较大,击穿电压较低,等离子体密度也较大;采用铝材质阴极时生成的等离子体扩散速度最快,采用铅材质阴极时生成的等离子体的离子动能最大。     

直流清洗电场对储存环聚焦参数修正作用的研究

研究了直流清洗电场对储存环聚焦参数的修正作用.认为该清洗电场形成的横向振荡数移位,与储存束流闭轨实时位置有关.指出电极沿环不对称分布的此类清洗电场,会破坏储存环聚焦结构的对称性,降低储存环的接受度,在一定条件下,对注入积累束流过程有负作用.     

线-铝箔电极电晕放电激励器的推力理论与实验研究

空气电晕放电离子风激励器无需旋转部件, 仅通过消耗电能就能直接产生驱动力, 它是一种新型的动力技术, 备受国内外航空航天界的广泛关注. 目前对空气电晕放电离子风激励器的推力产生机理虽有各种解释, 但是现有理论均不能统一各种条件下的实验结果, 仍需要开展进一步的分析与研究. 本文以线-铝箔电极电晕放电激励器为研究对象, 通过实验研究发现作用在线电极与铝箔电极上的静电力不对称, 而且改变铝箔电极纵向高度和气压均能影响激励器的推力大小; 通过理论分析, 考虑电晕层与空间电荷的影响, 建立了线-铝箔电极电晕放电激励器的推力计算模型, 其计算值与实测值比较一致. 基于上述实验现象与理论建模分析, 本文认为线-铝箔电极电晕放电激励器的推力主要来源于线电极电晕产生的空间电荷对电极系统产生了不对称静电力作用, 使激励器出现净静电力作用.     

Negative Corona Discharge Ion Source Under Ambient Conditions with Mini Line-cylinder Electrodes

提出了一种新型的可在大气环境下工作的离子源．该离子源通过电晕放电产生离子,为线-筒结构,由内电极和外筒电极组成,电极半径分别是0.16和4 mm．采用了一系列夹持方法,保证了内外电极具有较高的同轴度．设计了一套进样系统,可以控制进入离子源的样品浓度．给出了放电启动电压的计算公式．实验表明,在大气环境条件下可以很好地电离甲酸、乙酸等负电性的化学物质．为了减小离子源的体积,引入了微机电系统技术．改进了原线-筒型结构以防止随之而来的沿面放电．该离子源接口简单,可广泛应用于质谱仪、MMS、IMS和FAIMS上．     

Feasibility study on high current ion beam extraction from anode spot plasma for large area ion implantation

In this paper, we have investigated the feasibility of the high current beam extraction from anode spot plasma as an ion source for large area ion implantation. Experiments have been carried out with the ambient plasma produced by inductive coupling with radio-frequency (RF) power of 200 W at the frequency of 13.56 MHz. Anode spot plasmas are generated near the extraction hole of 2 mm in diameter at the center of a bias electrode whose area exposed to the ambient plasma can be changed. It is found that the maximum ion beam current is extracted at the optimum operating pressure at which the area of bias electrode exposed to ambient plasma is fully covered with the anode spot plasma whose size is dominantly determined by the operating pressure for given gas species. It is also observed that the extracted ion beam current increases nonlinearly with the bias power due to the changes in size and shape of the anode spot plasma. With the well-established anode spot plasma operating at the optimum gas pressure, we have successfully extracted high current ion beam of 6.4 mA (204 mA/cm²) at the bias power of 22 W (∼10% of RF power), which is 43 times larger than that extracted from the plasma without anode spot. Based on the experimental results, criteria for electrode design and operating pressure for ion beam extraction from larger extraction aperture are suggested. In addition, the stability of anode spot plasma in the presence of ion beam extraction through an extraction hole is discussed in terms of the particle balance model.     

Scaling and suppression of anomalous heating in ion traps

We measure and characterize anomalous motional heating of an atomic ion confined in the lowest quantum levels of a novel rf ion trap that features moveable electrodes. The scaling of heating with electrode proximity is measured, and when the electrodes are cooled from 300 to 150 K, the heating rate is suppressed by an order of magnitude. This provides direct evidence that anomalous motional heating of trapped ions stems from microscopic noisy potentials on the electrodes that are thermally driven. These observations are relevant to decoherence in quantum information processing schemes based on trapped ions and perhaps other charge-based quantum systems.     

Ion transport in porous electrodes with mixed conductivity

A method for studying dc ion transport in porous mixed-conductivity electrodes in the course of the electrochemical reaction taking place in them has been suggested. The dependences of the proton conductivity of porous electrodes used in direct electrochemical energy converters (electrolyzers, fuel cells) on their composition and structure have been presented. These data are of practical importance and can be used to analyze ohmic losses in the electrodes and membrane electrode assembly and also to devise novel electrode materials.     

Effect of C60 ion sputtering on the compositional depth profiling in XPS for Li(Ni,Co,Mn)O2 electrodes

The performance of a Li-ion cell strongly depends on the solid-electrolyte interface (SEI) on electrodes. The depth distribution of composition in SEI is normally determined by means of X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) via Ar ion sputtering. Recently, a new kind of ion gun using C60 ions as sputtering source was introduced. In this report, a comparison between the effects of these two kinds of ion guns on the quantification of Li(Ni,Co,Mn)O₂ electrodes was made. It was found that the C60 ion gun is more suitable for analyzing the composition and chemical state of Li(Ni,Co,Mn)O₂ electrode since that it causes lower chemical damage in the superficial layer.     

Effects of electrode and filter element shapes on characteristics of charge injection type of electrostatic oil filter

This paper reports on an improvement of the filtration speed of charge injection type of electrostatic oil filter. Numerical simulations of the ion drag flow field and electric field are performed to compare the charge density distribution, ion drag flow pattern, and electric field strength distribution for different electrode and filter element shapes. Filtration experiments are conducted and the experimental results are discussed in relation to the simulation results. It is shown that the numerical simulations used in this study can contribute in predicting a better structure for electrostatic oil filters.     

Li-Sn合金负极材料的嵌脱锂机理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法计算了Li-Sn各种合金相的物理性质和电化学性质,计算发现Li₅Sn₂相对膨胀率小、对可逆容量贡献大,是理想的合金电极相.同时采用直流和射频磁控溅射方法制备了纳米Sn薄膜电极,并将测得的电化学特性与计算得到的性能进行了比较,发现理论计算的嵌锂电位与实验测得的嵌锂电位具有较好的一致性. 关键词： 锂离子电池 Li-Sn合金 体积膨胀率 第一性原理     

平面刻槽离子阱的热噪声引起的离子加热研究

研究了和平面刻槽离子阱中的电压热涨落噪声引起的离子加热和离子加热的直接计算模型,给出了离子加热的加热尺度,并利用有限元分析方法计算了当刻槽宽度和射频电极宽度比例α发生变化时加热尺度的变化。同时,还利用涨落耗散原理计算了控制电极的阻抗热涨落对离子产生的加热效应,并给出了x和y方向电场涨落的谱密度表达式,通过计算给出了较好的α值。     

Au@Pt-NPs/GC修饰电极对亚硝酸根的电催化性质

采用电化学沉积法直接制备了Au@Pt核壳纳米粒子玻碳修饰电极(Au@Pt-NPs/GC CME),通过改变合成双金属纳米粒子时的Au、Pt材料比例,考察不同材料比例的Au@Pt双金属纳米粒子修饰电极对亚硝酸根离子(NOf)的电催化氧化行为,研究表明金和铂之间存在协同催化作用,使Au@Pt-NPs比单独铂和金纳米粒子具有...     

RF离子源引出特性的研究

 为了使RF离子源具有良好的引出特性，测试了吸极几何参数、振荡器板压和引出电压对离子源聚焦度的影响，对实验结果进行了分析。在其它参数不变的情况下，吸极的外径D与内径d之比存在最佳值，增加D/d，有利于过聚焦的离子束恢复聚焦状态。吸极的长度为L，石英套管比吸极长l。当l/D增大时，聚焦度上升，引出束流下降。L/d之比减小时，聚焦度增大。当L/d小于4时，聚焦度增加趋势变缓。综合考虑聚焦度、引出束流和气压，D/d，l/D，L/d适宜的选择范围分别为1.6～2.1，0.7～1.1,4～7。增加振荡器功率会使离子束呈弱聚焦，而增加引出电压会使离子束呈过聚焦。振荡器功率和引出电压都存在最佳值。