非热等离子体材料表面处理及功能化研究进展

等离子体技术在现代材料制备和表面处理过程中起着重要的作用.本文聚焦于非热等离子体(NTP)材料表面处理及功能化应用,重点综述NTP在材料表面处理及功能化过程中的最新研究进展,包括激励产生等离子体的等离子体源、NTP材料表面处理及功能化工艺以及具体应用.其中,激励产生等离子体的等离子体源包括感应耦合等离子体/容性耦合等离子体、电子回旋共振/表面波等离子体、螺旋波等离子体、大气压射流等离子体和介质阻挡放电等; NTP材料表面处理及功能化工艺包括等离子体表面接枝和聚合、等离子体增强化学气相沉积和等离子体辅助原子层沉积、等离子体增强反应刻蚀和等离子体辅助原子层刻蚀工艺等;等离子体表面处理及功能化的具体应用领域包括亲水/疏水表面改性、表面微纳加工、生物组织表面处理、催化剂表面处理等.最后提出了NTP技术材料表面处理及功能化的应用前景与发展趋势.     

电子回旋共振微波等离子体离子束刻蚀技术

电子回旋共振微波等离子体技术在薄膜制备技术、材料的表面处理、离子源和等离子体刻蚀等方面得到了广泛的应用，取得了长足的进展。这些特点在ICF实验制靶过程中有重要应用，如调制靶等，而且加工精度高，能满足ICF制靶的要求。基于在未来的ICF实验中对各种有机膜制备、各种调制靶的制备需求，开展了电子回旋共振微波等离子体技术在薄膜制备和等离子体刻蚀方面的预研工作。     

电子回旋共振(ECR)等离子体的研究和应用

近年来,在低气压、低温等离子体研究和应用中的一个重要发展是微波电子回旋共振放电。由于它是一种无极放电,能够在低气压下产生高密度、高电离度、大体积均匀的等离子体,所以在等离子体物理研究,表面处理和薄膜制备等应用中,成为一个十分引人注目的新领域。本文综述了ECR放电的基本物理过程和实验研究概况,介绍了ECR等离子体在表面处理、镀膜和离子源等方面应用的最新结果。     

电子回旋共振（ECR）等离子体的研究和应用

近年来,在低气压、低温等离子体研究和应用中的一个重要发展是微波电子回旋共振放电。由于它是一种无极放电,能够在低气压下产生高密度、高电离度、大体积均匀的等离子体,所以在等离子体物理研究,表面处理和薄膜制备等应用中,成为一个十分引人注目的新领域。本文综述了ECR放电的基本物理过程和实验研究概况,介绍了ECR等离子体在表面处理、镀膜和离子源等方面应用的最新结果。     

低温等离子体表面处理技术在生物医用材料中的应用

合成高分子材料无法完全满足作为生物医用材料所需要的生物相容性和高度的生物功能要求，为解决上述问题，文章介绍了一种表面处理方法－等离子体表面改性技术以其特有的优点在生物医用材料中的应用情况，通过等离子体处理后，能够在高分子材料表面固定生物活性分子，达到为生物医用材料的目的。     

真空电弧离子源Ti(H)等离子体原子发射光谱分析的初步研究

作为一种常用的等离子体诊断方法,原子发射光谱法具有非侵入、在线诊断、时空分辨等优点,在等离子体诊断领域得到了广泛的应用。作为一种单次脉冲离子源,真空弧离子源具有结构紧凑、工作压强低、束流大和可以随时开始工作等其他类型的离子源所无法比拟的优点,在离子源研究和应用领域受到了极大的关注。为了研究真空弧离子源的放电过程,对其放电生成等离子体的特性进行详细描述,并为进一步的离子源研究和改进奠定基础,采用原子发射光谱法对其放电生成等离子体的参数进行诊断。本文结合原子发射光谱的斯塔克(Stark)展宽和Saha-Boltzmann方程,发展了两种针对光谱仪采集到的发射光谱数据的处理方法,可对等离子体的电子温度、电子密度、离子温度以及热运动状态进行诊断。对阴极为Ti(H)材料时真空弧离子源放电生成的等离子体,分别采用这两种方法对其进行了诊断,对诊断结果的有效性进行了判断。此外,还对光谱采集过程中,实验室背景辐射对诊断结果的影响进行了讨论。     

等离子体金属表面硬化技术

等离子体金属表面硬化技术是利用等离子体对金属表面进行渗氮、渗碳和渗硼处理,以提高金属表面的硬度和耐磨、耐蚀、耐疲劳等性能.在七十年代初期,等离子体氮化商用设备投放市场,使这项技术进入了工业使用,现已成为一项成熟的技术.美国、英国、联邦德国和法国等已生产微机控制的等离子体氮化设备. 在表面硬化处理零件中,氮化约占20%,碳化约占80%[1],因此等离子体碳化技术也发展起来,近年来开始进入工业应用,美国、法国和联邦德国等已建立了工业应用的微机控制等离子体碳化设备[2]. 1984年5月在伦敦召开的金属学会热处理会议上,与会科学家和…     

常压等离子体对柔性多孔材料表面处理均匀性的研究进展

柔性多孔材料在当今众多前沿科学与技术领域发挥着重要作用,其表面改性将进一步赋予其多样和优异的表面性能,拓展其在功能和智能可穿戴等领域的应用.常压等离子体技术由于低温、低能耗、高效、环保、低成本、不改变材料本体特性、易于实现卷对卷制备等优势,在应用环境、样品材料选择上展现出良好的适应性,在低熔点柔性材料大面积低成本表面处理方面具有很好的应用前景和研究价值.本文综述了近年来常压等离子体柔性多孔材料表面改性的几个实例及在新材料、新能源、环保、生物医学中的应用.探讨了柔性多孔材料常压等离子体均匀处理所遇到的稳定性及渗透性的问题与挑战.综述了本课题组在常压等离子体稳定放电、卷对卷常压等离子体多孔介质处理及内部渗透性和均匀性方面的研究工作,介绍了本课题组在常压等离子体纳米颗粒膜沉积动力学及膜结构调控方面的突破和思路.常压等离子体柔性多孔介质表面处理技术走向应用仍然存在诸多挑战,需要结合常压等离子体的放电方式及特性、处理材料的结构及加工特性、等离子体和材料的相互作用等来进行综合考虑,才能提供合理可行的解决方案.     

2005年博士、硕士研究生毕业论文简介

先进等离子体材料表面复合优化处理技术及应用的研究,托卡马克边缘等离子体现象及线光谱轮廓的遗传算法模拟,HL-2A装置等离子体的边界识别和实时显示,高比压等离子体中电子温度梯度不稳定性的回旋动力学研究,HL-2A托卡马克偏滤器中的等离子体密度测量和分析,……[编者按]     

脉冲高能量密度等离子体薄膜制备与材料表面改性

脉冲高能量密度等离子体是一项全新的等离子体材料表面处理和薄膜制备技术。文章主要介绍了作者近几年来在这方面的研究成果。从理论和试验上研究了脉冲高能量密度等离子体的产生机制及其物理性质，研究了脉冲等离子体与材料相互作用的基本物理现象和物理机制，诊断测量表明，脉冲等离子体具有电子温度高（10－100eV）、等离子体密度高（10^14-10^16cm^-3）、定向速度高（－10^7cm/s）、功率大（10^4W/cm^2）等特点，在制备薄膜时具有沉积速率高，薄膜与基底粘结力强，并兼有激光表面处理、电子束处理、冲击波轰击、离子注入、溅射、化学气相沉积等综合性特点，可以在室温下合成亚稳态相和其他化合物材料。在此基础上，系统地进行了脉冲等离子体薄膜制备和材料表面改性及其机理的研究，在室温下的不同材料衬底上成功的沉积了性能良好的较大颗粒立方氮化硼、碳氮化钛、氮化钛、类金刚石、氮化铝等薄膜材料，沉积薄膜和基底之间存在一个很宽的过渡层，因此导致薄膜与基底有很强的粘结力，经脉冲等离子体处理过的金属材料表面性能得到了极大改善。     

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．     

Au纳米颗粒和CdTe量子点复合体系发光增强和猝灭效应

利用金属蒸发真空多弧离子源注入机, 将Au离子注入到高纯石英玻璃来制备镶嵌有Au 纳米颗粒的衬底材料, 随后将化学方法合成的CdTe量子点旋涂在玻璃衬底上制备了Au纳米颗粒和CdTe量子点复合体系. 通过对镶嵌有Au纳米颗粒的衬底进行热退火处理来控制Au纳米颗粒的生长和分布, 系统研究了Au纳米颗粒的局域表面等离子体共振对CdTe量子点光致发光性能的影响. 利用光学吸收谱、原子力显微镜、透射电子显微镜和光致发光谱对样品进行了表征和测试. 光致发光谱表明, Au纳米颗粒的局域表面等离子体对CdTe量子点的发光有增强效应也有猝灭效应. 深入分析了Au纳米颗粒和CdTe量子点之间的相互作用过程, 提出了关于Au-CdTe 纳米复合体系中CdTe 发光增强和猝灭的新机理. 该实验结果为利用金属纳米颗粒表面等离子体技术制备高发光性能的光电子器件提供了较好的参考.     

低温等离子体表面处理技术在生物医用材料中的应用

合成高分子材料无法完全满足作为生物医用材料所需要的生物相容性和高度的生物功能要求,为解决上述问题,文章介绍了一种表面处理方法--等离子体表面改性技术以其特有的优点在生物医用材料中的应用情况.通过等离子体处理后,能够在高分子材料表面固定生物活性分子,达到作为生物医用材料的目的.     

等离子体与石墨及其涂层相互作用的研究

应用ＬＡＳ－２０００辐照设备、射频离子源设备及ＨＬ－１Ｍ装置对等离子体与石墨及其涂层的相互作用进行了系统研究,为进一步优化ＨＬ－１Ｍ装置原位处理工艺、杂质控制以及ＨＬ－２Ａ装置第一壁的选材和第一壁处理、杂质控制等提供依据。     

强流激光离子源中的等离子体参数诊断

强流激光离子源是最有希望为重离子聚变直线感应加速器提供离子的离子源之一。离子源内等离子体决定了离子源性能和引出品质,为了了解强流激光离子源内等离子体参数,采用发射光谱和ICCD成像的方法对该离子源中的等离子体进行了诊断。该离子源由一台四倍频的266 nm Nd:YAG激光器和Cu靶组成,激光束经过透镜聚焦后照射在Cu靶上产生等离子体,激光打靶能量密度约为108 W/cm2,持续时间15 ns。ICCD相机拍摄了激光照射后等离子体的膨胀过程,初始时刻等离子体垂直表面喷射,膨胀速度约为1 cm/s。光谱仪测量了离子发射光谱,谱线主要由Cu原子的Cu Ⅰ谱线和Cu+离子的Cu Ⅱ谱线组成。采用Boltzmann图法得到膨胀等离子体电子激发温度约为1 eV,采用Stark展宽法得到电子密度约为1016 cm-3。     

基于前馈神经网络的等离子体光谱诊断方法

光谱诊断在等离子体刻蚀、材料处理、等离子体设备和工艺开发,以及航天等离子体推进等领域得到了广泛的应用.光谱诊断依赖的碰撞辐射模型会受到碰撞截面等基础物理数据所含偏差的影响,导致诊断结果出现误差.针对这一问题,本文开发了一种基于前馈神经网络的等离子体光谱解算方法.通过对比新方法与以往常用的最小二乘诊断方法的误差特性,发现神经网络诊断方法能够通过辨识光谱向量的主要特征,减小基础数据偏差向诊断结果的传递.对实验光谱数据的分析进一步印证了这一点.本文还对神经网络算法对抗基础数据偏差的机理进行了分析.这种方法在等离子体参数在线监测、成像监测海量数据处理等领域具有良好的应用前景.     

低温低气压等离子体科学技术将会迅速发展──Herman V.Boenig教授的评述

HermanV.Boenig教授现任美国等离子体化学和工艺学协会主席,《低温等离子体化学》(期刊)主编和《等离子体消息报道》主编. 他认为低温等离子体研究和应用的发展比原来预期的更为迅速,这是当前一个十分活跃的领域.低温、低气压等离子体技术正向各个部门渗透,工业界计划应用这种技术的数目成倍增长,尤其是应用于集成电路、集成光学、光电子学、金属离子氮化、表面清洁、表面防护、海水淡化、空气净化、污水处理、太阳能电池、复合材料、纤维和织物处理等.激励这项技术迅速发展的因素有: (1)设备造价较低,投资较少.尤其是低能耗,可使生产运行…     

近红外光热转换纳米晶研究进展

近红外光热转换纳米晶材料因其在近红外区(普遍位于780~1 400 nm)的高效光热转换性能,已广泛应用于光热杀死癌细胞、肿瘤治疗、海水淡化等领域。因其多样的液相制备方法和形貌控制、纳米结构复合、逐渐提高的光热转换效率以及表面易于药物修饰等优点,该材料在光热成像诊断、光热治疗等领域引起了学术界的广泛关注。本文综述了近红外光热转换纳米晶的研究进展,主要包括贵金属纳米晶、铜硫族半导体纳米晶、碳相关纳米晶以及这些纳米晶材料构成的复合结构,同时介绍了具有较高光热转换效率的表面等离子体共振(SPR)材料的研究进展,尤其是双模态SPR性质的耦合在光热转换领域的应用前景。基于其性能协同耦合的特性,双模态表面等离子体共振耦合的复合纳米晶将是近几年光热转换纳米晶发展的重要方向。     

阴极真空弧离子源的研制

为发展金属离子束材料表面改性技术的工业应用，北师大低能核物理所研制成阴极真空弧离子源和离子注入装置．简要介绍该设备的结构、原理和性能． The cathode vacuum arc ion source and ion implantation facility have been developed in our institute for industrial application of surface modification of materials. In this paper the principle structure and performance of these facilities were described.     

会议报告安排

<正>9月15日上上午第第一部分主主持人:孙良亭中国科学院近代物理研究所代表主办单位致词代表承办单位致词放射性核束离子源研制北京大学强流离子源的进展及在材料表面改性中的初步应用高功率孪生靶反应磁控溅射技术及其应用武汉大学串列加速器运行状态第第二部分主主持人:谭俊装甲兵工程学院全方位离子注入复合涂层技术在难加工材料加工刀具的