低温等离子体的光谱测量研究

采用光谱测量法研究低温等离子体特性具有突出的优点.阐述了目前光谱测量用于低温等离子体研究的原理和分析方法,将运用光谱描述等离子体的方法概括成直接分析和间接分析两类.本文采用光谱测量的方法对常压空气辉光放电(APGD)等离子体进行了研究,得到了APGD等离子体光辐射特性随所加功率呈线性关系的结果,为常压空气辉光放电等离子体的光谱诊断建立了基础.     

电荷收集法测量低温等离子体密度

利用电荷收集法,在正(135 V)、负(-117 V)偏置和低真空背景(0.5 Pa)三种不同收集条件下,测量了用于等离子体断路开关的电缆等离子体枪产生的低温等离子体的密度和漂移速率,测量值分别为8.3×1014,1.2×1015,4.8×1014 cm-3;2.5,2.0 cm·μs-1。测量结果表明：三种收集条件下测得的等离子体漂移速率相近;在相同测量点处,负偏置收集条件下测得的等离子体密度大于正偏置和低真空背景收集条件下的测量值,而低真空背景收集条件下的测量值最小。     

电荷收集法测量低温等离子体密度

利用电荷收集法,在正(135 V)、负(-117 V)偏置和低真空背景(0.5 Pa)三种不同收集条件下,测量了用于等离子体断路开关的电缆等离子体枪产生的低温等离子体的密度和漂移速率,测量值分别为8.3×1014,1.2×1015,4.8×1014 cm-3;2.5,2.0 cm·μs-1。测量结果表明:三种收集条件下测得的等离子体漂移速率相近;在相同测量点处,负偏置收集条件下测得的等离子体密度大于正偏置和低真空背景收集条件下的测量值,而低真空背景收集条件下的测量值最小。     

我国低温等离子体研究进展（Ⅰ）

低温等离子体物理与技术的研究在国内受到了越来越多的重视.在等离子体中发现的一些有趣的物理现象,如磁场重联、尘埃等离子体等,使人们对等离子体物理的研究掀起了新的热潮.在应用方面,几乎所有理工类实验室都有涉及低温等离子体技术的实验装置,这使得在我国低温等离子体应用方面的研究非常普及,包括微电子工业中的等离子体工艺,各种坚硬、耐腐蚀、耐摩擦材料的制备,纳米材料的制备,聚合物以及生物材料的表面改性,等等.随着低温等离子体技术的发展,低温等离子体的诊断技术也随之发展起来.文章简要地介绍了近几年来低温等离子体研究在我国的发展,介绍了一些有关低温等离子体的热点研究课题.     

我国低温等离子体研究进展(Ⅰ)

低温等离子体物理与技术的研究在国内受到了越来越多的重视．在等离子体中发现的一些有趣的物理现象，如磁场重联、尘埃等离子体等，使人们对等离子体物理的研究掀起了新的热潮．在应用方面，几乎所有理工类实验室都有涉及低温等离子体技术的实验装置，这使得在我国低温等离子体应用方面的研究非常普及，包括微电子工业中的等离子体工艺，各种坚硬、耐腐蚀、耐摩擦材料的制备，纳米材料的制备，聚合物以及生物材料的表面改性，等等．随着低温等离子体技术的发展，低温等离子体的诊断技术也随之发展起来．文章简要地介绍了近几年来低温等离子体研究在我国的发展，介绍了一些有关低温等离子体的热点研究课题．     

我国低温等离子体研究进展(Ⅱ)

低温等离子体物理与技术的研究在国内受到了越来越多的重视.在等离子体中发现的一些有趣的物理现象,如磁场重联、尘埃等离子体等,使人们对等离子体物理的研究掀起了新的热潮.在应用方面,几乎所有理工类实验室都有涉及低温等离子体技术的实验装置,这使得在我国低温等离子体应用方面的研究非常普及,包括微电子工业中的等离子体工艺,各种坚硬、耐腐蚀、耐摩擦材料的制备,纳米材料的制备,聚合物以及生物材料的表面改性,等等.随着低温等离子体技术的发展,低温等离子体的诊断技术也随之发展起来.文章简要地介绍了近几年来低温等离子体研究在我国的发展,介绍了一些有关低温等离子体的热点研究课题.     

低温等离子体技术在生物医学上的应用

低温等离子体技术与生物医学似乎是两种风马牛不相及的事物，可是两者的结合却可以对现代科技发展产生重要的影响．许多人都认为21世纪是生物技术的世纪，可见人们对生物技术发展抱着怎样的期待．低温等离子体技术正在成为生物材料和生物医学器件的生产和研究的广阔的平台．文章简要介绍了一些用于材料表面改性的技术以及低温等离子体技术在生物医学方面的应用，并进而讨论了将低温等离子体技术与生物技术相结合的途径以及还需要解决的问题．文章还详细讨论了一种用于表面功能化的脉冲等离子体技术方法作为二者最佳结合的一个典范．文章最后指出，生物医学与等离子体技术的完美结合可能对21世纪的科技发展产生革命性的影响；而为了实现这个目标。需要多学科专家的通力合作．     

低温等离子体及其在材料表面改性中的应用

 一、等离子体物理的发展历史概况17世纪初叶,Sir.WilliamGilbert引入了一些基本概念,这些概念至今还用在描述电和磁的现象。1745年,E.G.vonKleist发明了莱顿瓶,即一种最原始的电容器,用于储积大量电荷并获得高的静电电位。在18世纪50年代,BenjaminFranklin利用莱顿瓶完成了证实其电的单流体理论的试验,同时也证实了闪电是电的一种形式。也是由Franklin引入一正负极性的概念。在其最初的单流体理论中,正极性意味着正向电流过剩,而负极性则意味着该正向电流不足。19世纪期间,电子放电物理获得了很快进展。     

低温等离子体技术在生物医学上的应用

低温等离子体技术与生物医学似乎是两种风马牛不相及的事物,可是两者的结合却可以对现代科技发展产生重要的影响.许多人都认为21世纪是生物技术的世纪,可见人们对生物技术发展抱着怎样的期待.低温等离子体技术正在成为生物材料和生物医学器件的生产和研究的广阔的平台.文章简要介绍了一些用于材料表面改性的技术以及低温等离子体技术在生物医学方面的应用,并进而讨论了将低温等离子体技术与生物技术相结合的途径以及还需要解决的问题.文章还详细讨论了一种用于表面功能化的脉冲等离子体技术方法作为二者最佳结合的一个典范.文章最后指出,生物医学与等离子体技术的完美结合可能对21世纪的科技发展产生革命性的影响;而为了实现这个目标,需要多学科专家的通力合作.     

常压下低温等离子体光辐射特性测量

采用常压空气辉光放电(APGD)技术在自行设计的电极板表面产生出一薄层低温等离子体,并利用光谱诊断光学系统对所产生的等离子体进行光辐射特性实验测量;实验获取了几种电极板在几个不同加载功率下的辐射光谱,并对光谱的辐射强度进行平均化处理分析。分析结果表明此沿面APGD的光辐射强度与加载功率之间存在线性增加的关系,且随电极板静态电容的增加而增强。该方法可以为控制APGD等离子体的产生量提供一种简便可行的途径。     

电晕放电与介质阻挡放电等离子体简介

 等离子体(Plasma)是在宏观尺度内维持电中性的非凝聚系统,又被称为物质第四态。Plasma源于希腊语πλασμα,原意是能够成型的东西,生物学上作原生质讲。1927年,朗缪尔(I.Langmuir)最先引入等离子体(Plasma)这个术语,并在两年后与唐克斯(L.Tonks)一起给等离子体赋予电离气体的涵义。其主要特征是:体系内除了单个分子间的弹性碰撞外,还发生大量的使分子处于激发量子态的非弹性碰撞;粒子间存在长程库仑力,导致带电粒子群的集体效应;等离子体的运动与电磁场的运动紧密耦合。按其体系温度,等离子体可分为高温等离子体和低温等离子体两大类。     

基于DBD 悬浮电极低温等离子体杀菌消毒仪研制

基于介质阻挡放电(DBD)原理,研究设计了一种悬浮电极式的低温等离子体发生设备,产生的等离子体温度较低且对人体安全,可直接接触。用所研制的低温等离子体发生设备对大肠杆菌做了灭活实验,实验结果表明,该设备产生的低温等离子体对大肠杆菌作用10s 以上,在等离子体有效作用区内大肠杆菌杀灭率为100%,表明所研制的低温等离子体发生设备具有很好的杀菌消毒效果。     

等离子体及其应用

 1879年英国的克鲁克斯首次采用了“物质第四态”这一名词对气体放电管中的电离气体进行了描述。1928年美国的朗缪尔正式引入了“等离子体”的概念,于是等离子体物理学开始问世。今天,等离子体的严格定义应该理解为“是由大量自由电子或负离子和正离子,也可能还有一些中性的原子和分子所组成的、在整体上表现为电中性的宏观体系。”根据物质结构的理论,原子、分子或分子团相互以不同的键力相结合,构成物质不同的形态。固体内粒子间的结合力较强,形成晶格。当粒子的平均动能大于晶格中粒子的结合能时,固体则转变为液体。液体内粒子间结合力较弱。     

低温等离子体催化水煤气变换反应:催化剂载体的影响

水煤气变换反应是工业上用于提纯H₂以及去除CO的重要化学反应。为克服水煤气变换反应低温下动力学的限制,本文建立一种低温等离子体协同铜基催化剂催化水煤气变换反应体系,使得反应能在120℃时进行。通过研究不同载体(Al₂O₃、CeO₂、TiO₂、SiO₂、SAPO-34)负载铜催化剂对等离子体催化的影响后发现,当CuO_x/CeO₂催化剂同等离子体耦合时,表现出最佳的催化活性,CO转化率57%,氢气产率42%。研究表明,更好的催化性能归因于CuOx/CeO₂催化剂表面的氧空位以及数量众多的Cu活性位点,有利于吸附反应物,促使反应的进行。但是载体的比表面积、颗粒尺寸、酸性位点数量,介电常数并不是影响本文实验条件下低温等离子体催化WGS反应的主要因素。     

气体脉冲放电等离子体阻抗的参量研究

在纯净氦气条件下，对高频纵向脉冲放电的等离子体动态阻抗进行了实验研究.测量了放电等离子体阻抗随放电电压、频率以及气体压强之间的变化关系，表明等离子体阻抗随频率和电压的增加而下降，随气压的升高而增大.定性分析了这些宏观参量与等离子体阻抗变化之间的关系，拟合出等离子体阻抗随电压、频率、气压变化的经验公式，并对数值模拟与实验结果进行了比较研究. 关键词： 等离子体阻抗 气体脉冲放电     

激光诱导铝等离子体中原子和离子组分膨胀特性

为了了解等离子体中原子与离子组分的膨胀特性及背景气体存在状态下其运动状态的改变规律,设计了一系列实验,并进行了深入探究.采用波长为532 nm的纳秒激光剥蚀铝样品形成等离子体,并使用配有em ICCD检测器的C-T型三光栅单色仪对等离子体进行时序采集,同时使用2400 g·mm~(-1)的光栅替代窄带滤光片进行不同组分成像诊断,得到铝等离子体中Al Ⅰ (396.1 nm), Al Ⅱ (466.3 nm), Al Ⅲ (447.9 nm)的光谱分辨图像.在不同背景气压下采集了等离子体各组分光谱图像,探究背景气体对等离子体演化的影响.结果表明,在等离子体形成过程中,离子组分相对于原子组分分布在羽流前端,且角度分布较小.原子与离子组分的真空膨胀速度均处于10~4m·s~(-1)量级.等离子体中离子组分的运动速度较高,且其运动速度随着离子价态的增加而增大,但在本实验使用的能量密度范围下,随激光能量的变化波动不大.中性原子的运动速度较慢,但随能量的增加而增大.随着膨胀过程的进行,各组分羽流沿样品表面法线方向推进且发射强度逐渐降低,对应的羽流密度和温度也相应降低.环境气压逐渐增大时,各研究组分运动状态与在高真空度下时有明显区别.在气压大于1 Pa后,等离子体与环境气体发生相互渗透,膨胀前端出现的晕影,产生扰动,发生束缚缓速.且等离子羽因气压增大而收缩、与背景气体的碰撞概率增加,使得羽流发射强度加强,等离子体的寿命随之延长.提出的新颖诊断方法与实验所得结果可为等离子体组分动力学过程的研究提供参考.     

时间分辨原子发射光谱诊断脉冲放电气体束等离子体

建成了一套脉冲放电气体束和原子发射光谱等离子体诊断实验装置,利用这套实验装置测量了不同放电条件下等离子体的时间分辨发射光谱,并采用玻尔兹曼作图法和Hα谱线斯塔克展宽法研究了等离子体的原子温度、离子温度和自由电子密度等参数的演化。实验结果表明,脉冲放电的总电量对等离子体参数的演化有较大影响;脉冲放电气体束等离子体中的离子温度远高于原子温度,自由电子密度相对较低,等离子体处于非局域热平衡状态。A special designed pulsed discharge nozzle (PDN) ion source and a plasma diagnostics system based on the atomic emission spectroscopy were constructed. The time-resolved emission spectra of Argon atoms and ions in the region of 300-800 nm were observed and analyzed. The plasma temperatures, including atomic and ionic temperatures, were simulated by Boltzmann plot method, and the free electron density was simulated through the Stark broadening of Hα line. The evolution of these plasma parameters were investigated by high-resolution time-resolved emission spectra. The results show that the total energy struck on the pulsed gas beam is the most important factor which determines the plasma properties and its evolution. The plasma in PDN is concluded into non-local thermodynamic equilibrium (non-LTE) during the evaluation because of the low electron density and the big difference between the temperatures of Argon atoms and ions in all discharge conditions.     

高气压氩气辉光放电条纹等离子体的形成和演化

辉光放电等离子体正柱区内的自组织条纹现象是气体放电物理中的基础性问题,涉及电子动力学、输运过程、放电不稳定性、非线性现象等丰富的物理内容,是基础物理及其应用中备受关注的重要课题.本文报道了一种在千帕量级气压下产生的氩气辉光放电条纹等离子体,重点关注了条纹等离子体的电学、光学及电离波传播特征,从物理上分析了氩气条纹等离子体的产生及消除机制.研究结果表明,在此气压下产生的氩气条纹等离子体,其条纹长度约为1.5 mm,且随气压减小;电离波波速为1.87 m/s,频率为1.25 kHz.发射光谱诊断证实,条纹等离子体的产生与丰富的亚稳态原子密切相关,亚稳态原子导致的分步电离过程会引起电离不稳定性,这种不稳定性以电离波的形式传播,使得等离子体参数发生纵向调幅,从而形成明暗相间的条纹等离子体.加入氮气可有效猝灭亚稳态氩原子,调整电子能量分布函数,这使得等离子体的不稳定性条件被破坏,因此,条纹等离子体消失.本工作可为人们进一步认识和理解高气压下辉光放电条纹等离子体的形成及消除机制提供新的思路和实验依据.     

里德伯原子向超冷等离子体的自发转化

在铯原子MOT中,利用三光子激发冷原子获得超冷里德伯原子,改变里德伯原子间的相互作用时间,获得超冷等离子体的信号.研究了里德伯原子向超冷等离子体的自发转化过程和里德伯原子的初始电离机理. 关键词： 里德伯原子 相互作用 等离子体 电离机理     

实验室光致电离等离子体中激发过程的研究

光致电离等离子体在宇宙中广泛存在于强辐射场附近. 近年来随着高能量密度实验装置的发展, 在实验室内也能构造出光致电离等离子体. RCF是一个基于The Flexible Atomic Code 数据的针对光致电离等离子体的辐射碰撞模型, 该模型模拟了两个光致电离实验, 其 理论结果中电离态分布和光谱与测量值符合得很好. 在理论模拟中发现, 光致电离等离子体中光致激发和碰撞激发过程对离子态布居和发射光谱都有非常重要的影响. 光致激发过程可以通过将离子激发到双激发态从而间接电离离子; 碰撞激发过程会因为电子将基态离子激发到电离截面小的单激发态而抑制光子对等离子体的电离. 光致激发过程可以加强类锂离子的类氦离子的卫线, 而碰撞激发过程会影响类氦离子谱线的线强之比.