双麦克斯韦分布等离子体对航天器表面的充电效应

空间等离子体在有些情形下,并非单麦克斯韦分布,而是双麦克斯韦分布。为了研究双麦克斯韦分布等离子体对航天器表面的充电效应,基于等离子体动理学理论,建立表面充电平衡方程,综合考虑双麦克斯韦分布等离子体的粒子参数、航天器的单位电容、二次电子发射及光照等因素,得出了双麦克斯韦分布等离子体对航天器表面充电电位的计算表达式,给出了表面充电电位随时间的变化规律。研究结果表明：当等离子体为双麦克斯韦分布时,航天器表面充电电位低于单麦克斯韦分布等离子体环境下的表面充电电位,单麦克斯韦分布的等离子体假设会过高估计航天器表面的充电效应;双麦克斯韦分布的第二分布函数中,对最终的表面充电平衡电位影响较大的主要是离子成分;双麦克斯韦分布等离子体的粒子数密度或温度越高,则表面充电达到平衡所需的时间越长;单位电容仅影响表面充电电位达到稳定所需的时间,对最终的充电平衡电位值影响不大。     

光学元件的表面划痕及其对入射激光的调制作用

 对光学元件表面划痕进行了细致的观察,并将它们分为单划痕、双划痕和多划痕三类,采用时域有限差分方法,以加工过程中常见的直径为二分之一波长的半圆形划痕为基本研究对象,数值模拟了位于光学元件前后表面的多条划痕附近的空间光强分布,总结了在不同划痕条数下光强最大值随着划痕间距变化的曲线图。结果表明：位于光学元件后表面的划痕比位于前表面时更加容易引起光学损伤;在多条划痕情况下,空间光强最大值随着划痕间距的增大呈周期性变化,并随着划痕间距的不断增大而趋于一稳定数值。     

硫脲吸附在电镀银表面的SERS

研究了在盐酸水溶中硫脲分子的表面增强拉曼散射。实验结果表明：硫脲分子倾斜吸附在银表面。当盐酸浓度增加时,硫脲分子平面更加偏离银表面的法线方向。     

K9基片的亚表面损伤探测及化学腐蚀处理技术研究

 研究了几种类型的腐蚀液对K9基片化学腐蚀的影响。通过腐蚀液对基片纵向腐蚀速度的变化初步判断了K9基片重沉积层的深度。考察了腐蚀前后基片表面参数的变化以及腐蚀对激光损伤阈值的影响。研究表明,特定的腐蚀液能够对K9基片进行平稳可控的腐蚀,并且腐蚀能提高其激光损伤阈值,其主要原因是去除了重沉积层及表面、亚表面缺陷中的污染物,但过多的腐蚀会暴露本来为重沉积层所掩盖的划痕等亚表面缺陷,所以腐蚀并非越深越好。同时,表面各种杂质与缺陷的去除能够提高材料的机械强度,从而也有利于提高材料的激光损伤阈值。     

K9基片的亚表面损伤探测及化学腐蚀处理技术研究

研究了几种类型的腐蚀液对K9基片化学腐蚀的影响。通过腐蚀液对基片纵向腐蚀速度的变化初步判断了K9基片重沉积层的深度。考察了腐蚀前后基片表面参数的变化以及腐蚀对激光损伤阈值的影响。研究表明,特定的腐蚀液能够对K9基片进行平稳可控的腐蚀,并且腐蚀能提高其激光损伤阈值,其主要原因是去除了重沉积层及表面、亚表面缺陷中的污染物,但过多的腐蚀会暴露本来为重沉积层所掩盖的划痕等亚表面缺陷,所以腐蚀并非越深越好。同时,表面各种杂质与缺陷的去除能够提高材料的机械强度,从而也有利于提高材料的激光损伤阈值。     

基于RAMS V6.0的非感应起电机制评估和雷暴初期电荷结构模拟

数值模式是研究雷暴内起电和电荷结构的重要工具. 本文将Takahashi (1978) 和Saunders (1991) 两种主流非感应起电机制加入最新版本的中尺度模式RAMS(Version 6.0), 建立了一个区域大气-电耦合中尺度雷暴云模式, 据此对发生于北京的一次雷暴过程首次放电前的电荷结构和水成物粒子起电情况进行了较成功的模拟. 结果表明, Takahashi (1978) 和Saunders (1991)方案模拟的雷暴电荷结构在电场达到击穿阈值时均呈现三极性特征, 但Takahashi和Saunders方案模拟的雷暴电荷结构演变过程有一定的差异, Takahashi方案的电荷结构从起电到放电都是三极性特征, Saunders方案的电荷结构从反偶极性演变为三极性. 此外, 两种方案的模拟结果均表明雨滴是雷暴云低层的正电荷载体, 聚合物和霰是高层的主要电荷载体, 霰的电荷中心分布形态与雷暴云的总电荷分布形态相似.     

基于表面等离子体激元的纳米激光器设计

设计了一种基于纳米线/间隔层/金属层的纳米激光器结构.该结构中,金属界面的表面等离子体模式与高增益介质纳米线波导模式耦合,提高了场增强效应.采用有限元法,分析了该结构的模式特性和增益阈值随几何尺寸的变化规律.结果表明:该结构具有较低的传播损耗和较强的光场限制能力,有效传播损耗最小值仅为0.013 3,归一化模式面积最小值仅为0.007.该纳米激光器结构可为发展新一代高效纳米激光器件提供理论和技术支持.     

混合电解质溶液中考虑介电饱和度的表面电位评估原理

基于非线性泊松-玻尔兹曼方程，推导了混合电解质溶液中考虑介电饱和度的表面电位的解析表达式. 近似解析解和精确数值解计算出的表面电位在很大范围的电荷密度和离子强度条件下均具有很好的一致性. 当表面电荷密度大于0.30 C/m^{2 时，介电饱和度对表面电位的影响变得尤为重要；当表面电荷密度小于0.30 C/m2时，可忽略介电饱和度的影响，即基于经典泊松-玻尔兹曼方程可获得有效的表面电位解析模型. 因此，0.3 C/m2可作为是否考虑介电饱和度的颗粒临界表面电荷密度值. 在低表面电荷密度时，考虑介质饱和度的表面电位解析模型可自然回归到经典泊松-玻尔兹曼理论的结果，得到的表面电位可以正确地预测一价和二价反离子之间的吸附选择性.}     

表面合金电催化剂上甲酸氧化的原位FTIR反射光谱研究

运用原位红外反射光谱(FTIRS)和电化学循环伏安法(CV)研究了甲酸在三种不同电极上的电催化特性。结果表明甲酸在碳载铂电极(Pt/GC)上的电催化氧化机理与本体铂电极(Pt)相类似,即可以通过活性中间体或毒性中间体氧化至CO_2。Pt/GC对甲酸的氧化比Pt具有更高的电催化活性。Pt/GC表面以Sb吸附原子修饰的电极(Sb-Pt/GC)上,甲酸氧化的起始电位(E;)提前至-0.10V,氧化电流峰电位(Ep)提前至0.34V,氧化峰电流(jp)值增加了7.28倍,半峰宽(FWHM)为0.30V。同样,Surface al-loy/GC电极上,E_I为-0.12V,E_p为0.32V和j_p为7.25mA·cm~(-2),相对Pt/GC分别负移了0.22,0.02V和增大了8.15倍,半峰宽(FWHM)为0.5V。表明Sb-Pt/GC和Surface alloy/GC电极不仅能够有效地抑制毒性中间体CO的生成,而且还可以显著地提高其对活性中间体的氧化的电催化活性。     

基于PSpice的电爆丝断路开关数值仿真

电爆丝断路开关是在电感储能系统中广泛应用的断路开关,其具有结构简单、成本低、截断能力强的特点。介绍了电爆丝工作的基本原理,其本质为一个快速增长的电阻,利用高阻抗来实现断流。通过PSpice软件建立了电流通过电爆丝断路开关工作时,其电阻变化的模型,从而可以仿真电爆丝断路开关的工作过程。设计了一组电爆丝断路开关的实验,PSpice模型仿真结果同实验结果进行了比较。结果发现,该模型起爆时刻,产生电压幅值等方面和实验结果比较接近,说明该模型比较科学合理,对以后的电爆丝断路开关的设计具有较大的参考价值。分析了产生误差的原因及该种仿真方法的局限性。     

双麦克斯韦分布尘埃等离子体中尘埃粒子的充电研究

根据充电方程和电荷守恒条件,导出了双麦克斯韦分布的弱电离尘埃等离子体充电频率(电荷弛豫速率),给出了充电电流的计算公式. 对结果分析表明,定向运动速度大小对充电电流和充电频率有一定的影响,充电频率随着定向速度增加而减小,当定向速度远远小于电子的热速度时,充电频率与文献给出的表达式一致. 关键词： 尘埃等离子体 双麦克斯韦分布 充电频率     

一种新的航天器外露介质充电模型

为综合考虑高能电子辐射与周围等离子体对航天器外露介质充电的影响,在航天器内带电模型的基础上,通过添加边界充电电流来考虑等离子体与航天器介质表面的相互作用,并统一参考电位为等离子体零电位,建立了航天器外露介质充电模型,给出了新模型的一维稳态解法,并与表面充电模型和深层充电模型进行了对比分析.结果表明:新建模型能够综合考虑表面入射电流、深层沉积电流和传导电流对充电的耦合作用过程,实现外露介质表面和深层耦合充电计算,有利于全面评估航天器外露介质的充电问题.     

Floating double probe in non‐Maxwellian plasmas: Determination of the electron density and mean electron energy

A theoretical study of the floating double probe based on the Druyvesteyn theory is developed in the case of non‐Maxwellian electron energy distribution functions (EEDFs). It is used to calculate the EEDF in the electron energy range larger than –e(V_f ? V_p) from the I–V double probe characteristics. V_f and V_p are the floating and plasma potential, respectively. The analytical distribution function corresponding to the best fit of EEDF in the energy range larger than e(V_f ? V_p) allows the determination of the total electron density (n_e) and the mean electron energy (<?_e>). The method is detailed and tested in the case of a theoretical Maxwell–Boltzmann distribution function. It is applied for experiments that are performed in expanding microwave plasmas sustained in argon. Analytical EEDFs determined by this method are compared with those measured by means of single probes under the same experimental conditions. A good agreement is observed between single and double probe measurements. Results obtained under different experimental conditions are used to define the best conditions to obtain reliable results by means of the double probe technique.     

航天器内部孤立导体表面带电面积效应研究

航天器内部孤立导体充放电对航天器的影响更为隐蔽, 造成直接和潜在的伤害更加严重. 综合考虑航天器内部环境中粒子参数及材料二次电子特性等因素, 基于气体动理论, 结合粒子的麦克斯韦速度分布函数, 得出孤立导体球充电电位一般表达式. 利用电位表达式推导得出孤立导体球净电荷量及静电场能量与导体面积关系表达式. 讨论了特殊情况下孤立导体静电场能量与面积及空间环境的关系, 与地面电子元器件电磁脉冲放电损伤值进行了对比, 总结出孤立导体表面带电面积效应规律. 关键词： 孤立导体 表面带电 静电场能量 面积效应     

The charging stability of different silica glasses studied by measuring the secondary electron emission yield

This paper reports that the charging properties of lead silica,Suprasil silica and Infrasil silica are investigated by measuring the secondary electron emission(SEE) yield.At a primary electron beam energy of 25 keV,the intrinsic SEE yields measured at very low injection dose are 0.54,0.29 and 0.35,respectively for lead silica,Suprasil and Infrasil silica glass.During the first e-beam irradiation at a high injection current density,the SEE yields of lead silica and Suprasil increase continuously and slowly from their initial values to a steady state.At the steady state,the SEE yields of lead silica and Suprasil are 0.94 and 0.93,respectively.In Infrasil,several charging and discharging processes are observed during the experiment.This shows that Infrasil does not reach its steady state.Two hours later,all samples are irradiated again in the same place as the first irradiation at a low current density and low dose.The SEE yields of lead silica,Suprasil and Infrasil are 0.69,0.76 and 0.55,respectively.Twenty hours later,the values are 0.62,0.64 and 0.33,respectively,for lead silica,Suprasil and Infrasil.These results show that Infrasil has poor charging stability.Comparatively,the charging stability of lead silica is better,and Suprasil has the best characteristics.     

航天器内部充电效应及典型事例分析

航天器内部充电效应是由空间高能电子诱发的,通常发生在航天器内部以及表面绝缘材料深层,所产生的放电击穿及静电放电脉冲干扰较表面充电更为严重. 对内部充放电的一般规律进行了总结,并就一次典型的航天器异常事件,从异常的时空表现特征及其与高能电子环境扰动的相关性角度进行了深入分析和定量计算,得出了高能电子产生的内部充电引起的卫星异常的结论,为卫星异常诊断提供了范例. 关键词： 高能电子 内部充电 静电放电 空间环境     

航天器内部充电效应及典型事例分析

航天器内部充电效应是由空间高能电子诱发的,通常发生在航天器内部以及表面绝缘材料深层,所产生的放电击穿及静电放电脉冲干扰较表面充电更为严重. 对内部充放电的一般规律进行了总结,并就一次典型的航天器异常事件,从异常的时空表现特征及其与高能电子环境扰动的相关性角度进行了深入分析和定量计算,得出了高能电子产生的内部充电引起的卫星异常的结论,为卫星异常诊断提供了范例.     

天器背面接地介质材料等离子体充电研究

处于等离子体环境中的航天器的介质材料受到带电粒子的作用,表面将产生电位。对背面接地的介质材料,上表面将与接地背面形成电势差。当电势差达到一定阈值时将产生放电,表面充电电位对充放电效应影响至关重要。综合考虑等离子体中粒子的质量、温度及密度,介质材料的二次电子效应,体电流泄漏以及介质材料的运行速度等因素,基于气体动理论,利用粒子的麦克斯韦速度分布函数理论推导得出等离子体环境中背面接地介质材料表面充电电位一般表达式。讨论了地球同步轨道环境下,表面电位与等离子体环境及材料表面电阻等各个参数的关系,总结出等离子环境背面接地介质材料表面充电规律,为航天器介质材料静电防护设计提供一定的理论基础。     

Analysis of microscopic parameters of surface charging in polymer caused by defocused electron beam irradiation

The relationship between microscopic parameters and polymer charging caused by defocused electron beam irradiation is investigated using a dynamic scattering-transport model. The dynamic charging process of an irradiated polymer using a defocused 30 keV electron beam is conducted. In this study, the space charge distribution with a 30 keV non-penetrating e-beam is negative and supported by some existing experimental data. The internal potential is negative, but relatively high near the surface, and it decreases to a maximum negative value at z = 6 μm and finally tend to 0 at the bottom of film. The leakage current and the surface potential behave similarly, and the secondary electron and leakage currents follow the charging equilibrium condition. The surface potential decreases with increasing beam current density, trap concentration, capture cross section, film thickness and electron–hole recombination rate, but with decreasing electron mobility and electron energy. The total charge density increases with increasing beam current density, trap concentration, capture cross section, film thickness and electron–hole recombination rate, but with decreasing electron mobility and electron energy. This study shows a comprehensive analysis of microscopic factors of surface charging characteristics in an electron-based surface microscopy and analysis.