空心阴极放电沉积氮化碳薄膜的结构和成键性质

利用空心阴极放电等离子体源在Si(100)衬底上沉积了氮化碳薄膜.用XRD,SEM,XPS及拉曼和红外吸收光谱对薄膜的结构、成分和化学键等进行了研究.XRD分析表明,制备的氮化碳薄膜为非晶结构.XPS分析证实了薄膜中以C—C,sp2CN和sp3CN键为主,并得出薄膜中的氮碳比为0.71,而sp3—CN相的含量也达到了0.39.拉曼和红外吸收光谱的结果也与XPS分析的键态结果一致.     

等离子体电极普克尔盒电光开关单脉冲过程数值模拟

采用流体模型对等离子体电极普克尔盒(PEPC)电光开关单脉冲过程进行了数值模拟分析.模型包括带电粒子连续性方程、动量守恒方程、电子平均能量方程及空间电位泊松方程.分别采用隐式指数差分格式，超松弛迭代法(SOR)和经典四阶龙格-库塔法(R-K)对带电粒子连续性方程，泊松方程和电子平均能量方程进行数值求解.模拟分析了PEPC单脉冲过程中的带电粒子浓度、电子温度、空间电场、PEPC的放电电流、晶体两侧电压和开关效率的时间演化特性.模型得出了PEPC中气体放电等离子体的微观物理过程与PEPC宏观参量的关系，对设计 关键词： 等离子体电极普克尔盒 电光开关 数值模拟 气体放电     

气体放电随机现象的图像智能化分析

本文采用高速相机记录气体放电信息,获得高分辨率的空间与时间的视频数据.通过分析其放电图案,发现其为树状分形结构,其单个放电点和多个放电点的分形维数分别为1.64和1.71.利用课题组采用python编写的软件,对获取的大量的图像信息进行智能化的轮廓识别和质心标记,获取了每个放电条件下,5911张相邻时间间隔为0.5 ms的图像的放电点的位置分布信息.结果显示,放电点数在空间内出现的位置概率接近高斯分布,其出现的时间间隔分布接近指数衰减.     

介质阻挡放电等离子体辅助氨制氢研究

在介质阻挡非平衡等离子体放电过程中,通过在电极两端施加电压,流经放电区域的气体被击穿,产生高能电子和激发态组分。这些活性粒子与气体分子发生非弹性碰撞引起分子的电离或离解,促进燃料的转化。本文主要从稀释气体、脉冲电压和燃料浓度三个方面进行研究,探讨不同稀释气体对放电过程中电流和反应区温度的影响、脉冲电压和燃料浓度变化时氨气的转化率及氢气生成的变化规律。     

正弦削波电压调控大气压氦气非平滑表面介质阻挡放电均匀性的仿真研究

在大气压介质阻挡放电的实际应用中,等离子体通常作用于非平滑表面.其表面形貌导致的电场畸变和表面电荷分布不均匀,会对放电的均匀稳定产生不利影响.建立了下介质板为波浪状的大气压氦气介质阻挡放电仿真模型,并采用正弦削波电压对放电均匀性进行调控.结果表明:相比于未削波情况下,放电均匀性提高,介质阻挡放电从柱状放电模式转换为准均匀放电模式.这可以归因于气隙电压降低而产生的不完全放电消散;随后的电子回流过程使残余空间电子与表面电荷中和,限制了表面电荷积累.随着削波比例增加,表面电荷分布更为均匀,进而导致电场分布在径向上波动减弱.此外,在一定削波范围内放电效率也有所提高.本研究揭示了削波电压对非平滑表面介质阻挡放电的影响机理,为介质阻挡放电均匀性调控提供了新的思路.     

空间电荷和介质表面电荷对微放电演化过程的影响

微放电是制约航天器微波部件功率容量的主要瓶颈之一。以介质微波部件中典型的介质加载平行板波导为例,基于三维粒子模拟分别对仅考虑外加微波场（情况1）、考虑外加微波场和空间电荷（情况2）以及考虑外加微波场、空间电荷和介质表面电荷（情况3）三种情况下微放电演化过程中电子数目、瞬态二次电子发射系数、归一化反射波电压以及介质表面与上金属板之间的间隙电压随时间的变化进行了仿真,并给出了情况3电子分布和介质表面电荷密度随时间的变化过程。在此基础上,明确了空间电荷和介质表面电荷在微放电过程中所起的不同作用：即空间电荷会使微放电达到饱和状态,介质表面电荷则导致微放电饱和状态无法持续,最后自行熄灭。介质表面电荷导致了微放电过程中介质和金属瞬态二次电子发射系数下降速率不一致,归一化反射波电压幅度随时间变化的包络类似于“眼睛”形状、间隙电压类直流偏置、非对称电子能量分布等特殊现象。     

面向复杂求解域的高效粒子网格/蒙特卡罗模型与阳极层离子源仿真

等离子体仿真是研究等离子体放电特性的重要手段,特别是阳极层离子源,其放电结构的几何特性对等离子体特性的作用很难通过实验手段进行系统研究.然而,传统仿真模型一般是针对离子源进行整体建模,离子源的阴阳极几何轮廓形成的复杂求解域,导致模型的计算效率和收敛性较差.鉴于此,将离子源结构仿真与等离子体仿真分离,首先利用磁镜原理将离子源内外阴极大小、形状和相对位置等一系列阴极几何参数简化为磁镜比R_m和磁镜中心磁感应强度B₀两个磁镜参数,并在此基础上,建立了高效粒子网格/蒙特卡罗模型,将收敛时间由1.00μs缩短到0.45μs,大幅提升了计算效率和稳定性.进一步利用该模型系统研究了阳极层离子源放电结构的几何特性对等离子体特性的影响规律,发现R_m=2.50, B₀=36 mT时磁镜对等离子体约束效果最佳,当放电中心的位置与内外阴极间磁镜中心重合时,不仅能够输出高密度离子束流,同时可大幅减少阴极刻蚀,并保证内外阴极的刻蚀平衡.     

介质阻挡放电甲醇脱氢偶联一步合成乙二醇反应中氢气的催化作用

利用原位发射光谱表征和在线色谱分析,研究了甲醇介质阻挡放电脱氢偶联一步合成乙二醇反应中氢气的催化作用,考察了放电频率、甲醇和氢气进料量以及反应压力的影响.结果表明,在介质阻挡放电产生的非平衡等离子体中,H2不但能显著提高甲醇转化率,而且能显著提高乙二醇的选择性.在300°C,0.1 MPa,反应器注入功率为11 W,放电频率为12.0 k Hz,甲醇气体进料量为11.1 m L/min,氢气进料量为80–180 m L/min的条件下,甲醇转化率接近30%,乙二醇选择性大于75%.乙二醇收率与激发态氢原子的Hα谱线强度之间存在同增同减关系.由此推测,氢原子是起催化作用的活性氢物种.活性氢物种的生成途径是:基态氢分子通过与电子碰撞变成激发态,激发态氢分子通过第一激发态氢自动解离为基态氢原子.放电反应条件通过影响氢分子解离来影响氢气的催化作用.氢气在非平衡等离子体中显示的催化作用有可能为开辟新的化学合成途径提供重要机遇.     

常压敞开式质谱离子源发展趋势

近年来常压敞开式离子源凭借快速、原位、实时离子化样品等优势,被广泛应用于样品快速筛查、真伪鉴定、质谱成像等领域,已成为当今离子源的研究热点,受到了学术界及仪器制造、化学和生物分析等相关产业界的广泛关注。目前,该类离子源朝着克服基体效应、提高样品表面定位能力及增加离子传输距离等方向发展。本文主要介绍了可以很好解决上述问题并具有代表性的三种常压敞开式离子源:电喷雾萃取离子源(EESI)、介质阻挡放电离子源(DBDI)及空气动力辅助离子源(AFAI),重点涉及原理以及在此基础上所做的设计改进和应用进展。