辉光放电预处理对聚酰亚胺绝缘子真空沿面闪络电压的影响

为提高绝缘子的真空沿面闪络电压,采用氩气下辉光放电对绝缘子进行处理,研究了辉光放电频率、放电电流大小和处理时间对绝缘子真空闪络电压的影响。结果表明,辉光放电能极大提高绝缘子的真空闪络电压。未处理的绝缘子真空闪络电压为55 kV左右;经高频辉光放电预处理40 min后,绝缘子真空闪络电压达到100 kV;经工频辉光放电预处理40 min后,绝缘子真空闪络电压可达125 kV,高出高频下25 kV;同时,辉光放电电流（数十mA）越大,处理后的绝缘子真空闪络电压越高,但随着辉光放电电流的增大,闪络电压的增加幅度趋于饱和。     

聚酰亚胺薄膜表面粗糙度的影响因素

 采用热蒸发气相沉积聚合方法（VDP）制备了聚酰亚胺(PI)薄膜,研究了设备、衬底温度、升温过程和单体配比因素对PI薄膜表面形貌的影响。利用干涉显微镜和扫描电镜对薄膜表面形貌进行了分析;利用原子力显微镜测定了薄膜表面粗糙度。结果表明：设定蒸发源-衬底距离为74 cm时可成连续膜;蒸发源采用一段升温和多段升温时,膜表面均方根粗糙度分别为291.23 nm和61.99 nm;采用细筛网可防止原料的喷溅;均苯四甲酸二酐和4,4′-二氨基二苯醚（PMDA和ODA）单体沉积速率比值为0.9∶1时,膜表面均方根粗糙度值可减小至3.30 nm;沉积衬底温度保持30 ℃左右时,膜表面均方根粗糙度为4.01 nm, 随温度的上升,膜表面质量会逐渐变差。     

聚酰亚胺薄膜表面粗糙度的影响因素

采用热蒸发气相沉积聚合方法（VDP）制备了聚酰亚胺(PI)薄膜,研究了设备、衬底温度、升温过程和单体配比因素对PI薄膜表面形貌的影响。利用干涉显微镜和扫描电镜对薄膜表面形貌进行了分析;利用原子力显微镜测定了薄膜表面粗糙度。结果表明：设定蒸发源-衬底距离为74 cm时可成连续膜;蒸发源采用一段升温和多段升温时,膜表面均方根粗糙度分别为291.23 nm和61.99 nm;采用细筛网可防止原料的喷溅;均苯四甲酸二酐和4,4′-二氨基二苯醚（PMDA和ODA）单体沉积速率比值为0.9∶1时,膜表面均方根粗糙度值可减小至3.30 nm;沉积衬底温度保持30 ℃左右时,膜表面均方根粗糙度为4.01 nm, 随温度的上升,膜表面质量会逐渐变差。     

旋转涂层法制备聚酰亚胺薄膜

研究了采用二酐和二胺合成聚酰胺酸溶液,利用旋转涂层法制备聚酰亚胺薄膜的方法并对成膜机理进行了初步探讨。研究表明：在固定旋转时间时,通过控制合成聚酰胺酸的浓度和旋转速度可基本上控制薄膜的厚度,旋转涂膜法制备的聚酰亚胺薄膜厚度起伏小于5％,薄膜表面光洁度达到0.3～0.4 nm,0.3 μm厚聚酰亚胺薄膜的弹性模量为50～80 MPa。     

电子辐照聚酰亚胺薄膜力学性能演化机理研究

利用空间综合辐照试验系统和X射线光电子能谱分析(XPS)、热重等分析测试对空间电子辐射环境下聚酰亚胺薄膜力学性能演化及机理进行了研究。研究发现, 聚酰亚胺薄膜的拉力、抗拉强度和断裂伸长率随着电子辐照注量的增加先增加而后指数减小。由热重分析可知, 电子辐照可引起聚酰亚胺薄膜的失重温度显著降低, 在以失重10%作为判据的条件下, 其失重温度由595 ℃下降为583 ℃。由XPS分析可知, 电子辐照诱发聚酰亚胺薄膜化学价键的断裂和交联, 在电子辐照初期, CN键的断裂及引发的交联是导致力学性能增加的主要原因, 而随着辐照注量的增加, C=O双键、N（CO）键的断裂、新的CN键的形成以及N元素的析出是导致聚酰亚胺薄膜力学性能降低的主要原因。     

自支撑聚酰亚胺/锆膜的制备及性能改善

采用直流磁控溅射法制备自支撑锆(Zr)膜,采用二步法制备聚酰亚胺(PI)膜,在Zr膜表面沉积PI膜得到自支撑PI/Zr复合膜。均苯四甲酸酐(PMDA)和二甲基二苯醚(ODA)在二甲基乙酰胺(DMAC)中反应得到聚酰胺酸(PAA),然后PAA高温亚胺化得到PI;PI成膜时采用提拉法成膜。经国家同步辐射实验室计量线站测定,实际测量结果与理论分析一致,PI膜的引入虽然会导致自支撑薄膜透过率有所下降,但在类镍-银软X射线13.9 nm波段PI(200 nm)/Zr(300 nm)和PI(200 nm)/Zr(400 nm)自支撑薄膜的透过率仍然分别达到14.9%和7.5%。     

真空中聚乙烯膜在纳秒脉冲电压下的沿面闪络特性

 在高功率离子束二极管中，当利用阳极膜沿面闪络产生的等离子体作为离子束引出源时，其特性对产生离子束的大小和品质有着很大的影响，因此要深入研究阳极膜的沿面闪络特性。主要介绍了所研制的一套适用于沿面闪络特性研究的实验装置和测量诊断系统。对离子束二极管中使用的三种厚度聚乙烯薄膜在脉冲电压下的沿面闪络特性进行了实验研究，并对沿面闪络过程中薄膜表面的发光现象作了初步的诊断。     

亚微秒脉冲表面介质阻挡放电等离子体诱导连续漩涡的研究

使用粒子激光图像测速技术对亚微秒脉冲激励表面介质阻挡放电激励器连续产生诱导漩涡进行了实验研究, 给出了包含脉冲重复频率和漩涡频率的双频率激励模式的具体形式. 实验过程中出现了原发型与继发型两类示踪粒子空白区, 前者由放电释热的微爆炸作用造成, 使得诱导流动远离壁面, 能够减小壁面摩擦阻力的作用; 以暴露电极左侧继发型空白区被完全吹除作为重复启动激励的临界点. 为提高控制效果应采用尽可能高的脉冲重复频率, 漩涡时间内脉冲数量应大于10, 最大诱导速度随脉冲数量增大而增大, 但动量传递效率降低. 使用亚微秒脉冲激励具备释热、体积力两种作用机理. 关键词： 双频率亚微秒脉冲 表面介质阻挡放电 连续漩涡     

脉冲条件下绝缘介质气体沿面闪络发光特征

对大气环境中脉冲电压加载下绝缘介质沿面闪络放电开展了初步放电图像诊断研究。采用超高速可见光分幅相机诊断指状电极结构下有机玻璃材料在大气环境中不同时刻闪络通道发光图像特征。实验结果表明：闪络通道形成和扩张阶段中,阴极区域和阳极区域均产生放电发光,放电通道沿固体电介质表面快速贯穿,贯穿时间约15 ns,贯穿后发光通道逐渐扩张至一定区域,发光强度大,维持时间长,整体发光时间可持续到μs量级,放电通道内能量分布有所差异。     

Initial growth of intrinsic microcrystalline silicon thin film: Dependence on pre-hydrogen glow discharge and substrate surface morphology

We found the decreases of amorphous incubation volume from Raman spectra and surface roughness from AFM in hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si:H) films deposited with a pre-hydrogen glow discharge. The above phenomena are attributed to the increase in the nuclei density as observed by AFM measurements. Substrate surface morphology of eagle2000 glass modified by wet etching also has a positive effect on the nucleation and crystalline formation. In addition, μc-Si:H doped layer is also beneficial for decreasing the amorphous incubation layer thickness because of surface roughness and crystallinity in the μc-Si:H doped layer.     

交流和纳秒脉冲Ar/H2O介质阻挡放电聚丙烯材料表面亲水改性对比研究

为了提高等离子体对聚合物材料表面处理的应用效果,优化亲水处理的条件,研究了交流和纳秒脉冲氩气介质阻挡放电（DBD）中添加适量H₂O,对聚丙烯（PP）亲水改性的处理效果。利用电学和光学诊断方法,系统地对比了交流DBD和纳秒脉冲DBD的放电特性,结果表明,纳秒电源驱动DBD具有更高的放电瞬时功率,更好的放电均匀性和更高的能量效率。通过测量不同水蒸气含量下DBD的OH发射光谱强度,确定了PP材料亲水性处理中H₂O添加的最优含量。利用交流和纳秒脉冲电源驱动DBD分别对PP材料进行亲水改性的处理,测量了不同条件下改性处理后的表面水接触角,并利用原子力显微镜（AFM）和傅里叶红外光谱（FTIR）分别对处理前后PP材料的表面物理形貌和表面化学成分进行分析。结果发现,经DBD处理后PP材料的水接触角明显降低,表面粗糙度明显增大,表面的亲水性含氧基团,羟基（−OH）和羰基（C=O）的数量大幅增加。相比交流电源,纳秒脉冲DBD处理的改性效果更好,其处理后的材料表面水接触角,比交流DBD处理的低5°左右,表面粗糙度也有所提升。而水蒸气的加入可使PP材料的表面水接触角进一步减小4°左右,表面粗糙度明显提升。研究结果为优化DBD聚合物材料表面改性实验条件及处理的效果提供了重要的参考依据。     

表面弹性对含可溶性活性剂垂直液膜排液的影响

针对含可溶性活性剂的垂直液膜排液过程,在考虑表面弹性作用的基础上,采用润滑理论建立了液膜厚度、表面速度、表面和内部活性剂浓度的演化方程组,通过数值计算分析了表面弹性和活性剂溶解度耦合作用下的液膜演化特征.结果表明：表面弹性是影响可溶性活性剂垂直液膜排液过程中必不可少的因素.排液初期,随表面弹性增加,液膜初始厚度增大,表面更趋于刚性化.随排液进行,弹性不同的液膜呈现不同的典型排液特征：当弹性较小时,液膜上部表面张力高,下部表面张力低,产生正向的马兰戈尼效应,与重力作用相抗衡.当弹性较大时,膜上部表面张力低,下部表面张力高,产生逆向的马兰戈尼效应,促使液膜排液加速,更易发生失稳.活性剂溶解度通过控制液膜表面的活性剂分子吸附量,进而影响表面弹性：当活性剂溶解度较大时,液膜厚度较小,很快发生破断;随溶解度降低,液膜稳定性增加,初始表面弹性也随之增大,并随液膜变薄逐渐接近极限膨胀弹性值.     

Charge storage and relaxation process of polymer film by thermally stimulated discharge current technique

Charge storage and relaxation process of the polymide film electret were investigated using the thermally stimulated discharge current technique. Homo- and heterocharges were mainly observed up to and above the polarization temperature.     

两种外磁场形式对介质面次级电子倍增的抑制

利用自编1D3V PIC程序,数值研究了不同外加磁场方式对次级电子倍增抑制的物理过程,给出了次级电子数目、平均能量、密度、运动轨迹、渡越时间、介质表面静电场及沉积功率等物理量时空分布关系。模拟结果表明：不同方向外加磁场抑制次级电子倍增的机理有所不同。轴向外加磁场利用电子回旋运动干扰微波电场对电子加速过程,使其碰壁能量降低以达到抑制二次电子倍增的效果;横向外加磁场利用电子回旋漂移过程中,电子半个周期被推离介质表面（不发生次级电子倍增）,半个周期被推回介质表面（降低电子碰撞能量）的作用机理,达到抑制二次电子倍增的效果。讨论了横向磁场在回旋共振下,电子回旋同步加速导致回旋半径增大,电子能量持续增加的特殊过程。两种外加磁场方式都可以通过增加磁场达到进一步抑制次级电子倍增的目的。轴向外加磁场加载容易,但对磁场要求较高;横向外加磁场需要磁场较低,但加载较为困难。     

LaTiO3(110)薄膜分子束外延生长的精确控制和表面截止层的研究

LaTiO₃ 是一种典型的强关联电子材料, 其(110) 薄膜为通过晶格对称性、应变等的设计调控外延结构的物理性质提供了新的机会. 本文研究了SrTiO₃(110) 衬底表面金属La 和Ti 沉积所引起的微观结构变化, 进而利用电子衍射信号对分子束外延薄膜生长表面阳离子浓度的灵敏响应, 发展了原位、实时、精确控制金属蒸发源沉积速率的方法, 实现了高质量LaTiO₃(110) 薄膜的生长和对阳离子化学配比的精确控制. 由于LaTiO₃中Ti³⁺ 3d 电子的库仑排斥作用, 氧原子层截止的(110) 表面更容易实现极性补偿, 因此生长得到的薄膜表面暴露出单一类型的氧截止面.     

Influence of roughness on the detection of mechanical characteristics of low-k film by the surface acoustic waves

The surface acoustic wave （SAW） technique is a precise and nondestructive method to detect the mechanical charac- teristics of the thin low dielectric constant （low-k） film by matching the theoretical dispersion curve with the experimental dispersion curve. In this paper, the influence of sample roughness on the precision of SAW mechanical detection is inves- tigated in detail. Random roughness values at the surface of low-k film and at the interface between this low-k film and the substrate are obtained by the Monte Carlo method. The dispersive characteristic of SAW on the layered structure with rough surface and rough interface is modeled by numerical simulation of finite element method. The Young＇s moduli of the Black DiamondTM samples with different roughness values are determined by SAWs in the experiment. The results show that the influence of sample roughness is very small when the root-mean-square （RMS） of roughness is smaller than 50 nm and correlation length is smaller than 20 μm. This study indicates that the SAW technique is reliable and precise in the nondestructive mechanical detection for low-k films.     

Areal homogeneity verification of plasma generated by diffuse coplanar surface barrier discharge in ambient air at atmospheric pressure

This paper deals with an optical emission spectroscopy study of a diffuse coplanar surface barrier discharge (DCSBD ) in air at atmospheric pressure. The main aim of this study was to verify the areal homogeneity of the generated plasma, which is important for many applications like treatment of nonwoven fabrics, glass, metals, polymers, foils, and so on. Optical emission spectra of DCSBD plasma in air were measured for three different frequencies (15, 30, and 50 kHz ) of the applied voltage. Comparison of the calculated rotational and vibrational temperatures was carried out, and areal homogeneity of plasma was proved. Electrical parameters of discharge such as the plasma power using the area of the Lissajous figures and energy transfer efficiency to the discharge were also investigated. The effective thickness of plasma layer as a function of the input power was measured.     

基于BiFeO_3/ITO复合膜表面钝化的黑硅太阳电池性能研究

采用金属银辅助化学刻蚀法在制绒的硅片表面刻蚀纳米孔形成微纳米双层结构,以期获得高吸收率的太阳能电池用黑硅材料.鉴于微纳米结构会在晶硅表面引入大量的载流子复合中心,利用磁控溅射技术在黑硅太阳电池表面制备了BiFeO_3/ITO复合膜,并对其表面性能和优化效果进行了探索.实验制备的具有微纳米双层结构的黑硅纳米线长约180—320 nm,在300—1000 nm波长范围内入射光反射率均在5%以下.沉积BiFeO_3/ITO复合薄膜后的黑硅太阳能电池反射率略有提高,但仍然具有较强的光吸收性能;采用BiFeO_3/ITO复合膜的黑硅太阳能电池开路电压和短路电流密度分别由最初的0.61 V和28.42 mA/cm~2提升至0.68 V和34.57 mA/cm~2,相应电池的光电转化效率由13.3%上升至16.8%.电池综合性能的改善主要是因为沉积BiFeO_3/ITO复合膜提高了电池光生载流子的有效分离,从而增强了黑硅太阳电池短波区域的光谱响应,表明具有自发极化性能的BiFeO_3薄膜对黑硅太阳能电池的表面性能可起到较好的优化作用.     

高功率微波沿面闪络击穿机制粒子模拟

针对高功率微波介质沿面闪络击穿物理过程,首先建立了理论模型,包括：动力学方程、粒子模拟算法、二次电子发射, 以及电子与气体分子蒙特卡罗碰撞模型、电子碰撞介质表面退吸附气体分子机制;其次,基于理论模型,编制了1D3V PIC-MCC程序,分别针对真空二次电子倍增、高气压体电离击穿和低气压面电离击穿过程,运用该程序仔细研究了电子和离子随时间演化关系、电子运动轨迹、电子及离子密度分布、空间电荷场时空分布、电子平均能量、碰撞电子平均能量、碰撞电子数目随时间演化关系、电子能量分布函数、平均二次电子发射率以及能量转换关系。研究结果表明：真空二次电子倍增引发的介质表面沉积功率只能达到入射微波功率1%左右的水平,不足以击穿;气体碰撞电离主导的高气压体电离击穿,是由低能电子（eV量级）数目指数增长到一定程度导致的,形成位置远离介质表面,形成时间为s量级;低气压下的介质沿面闪络击穿,是在二次电子倍增和气体碰撞电离共同作用下,由于数目持续增长的高能电子（keV量级）碰撞介质沿面导致沉积功率激增而引发的,形成位置贴近介质沿面,形成时间在ns量级。     

用表面磁光克尔效应实验系统测量铁磁性薄膜的磁滞回线

用自制的表面磁光克尔效应实验系统开发了研究性近代物理实验,测出铁磁性薄膜的磁滞回线,并求得克尔旋转角和克尔椭偏率.