本文是由中国工程院院士李同保教授审查推荐的.

应用Elenbass-Heller局部能量平衡方程及TM010模式下的微波场Maxwell方程,在简化的物理模型基础上采用数值计算的方法模拟得微波(2450MHz)无极放电的Hg等离子体的温度分布轮廓.通过自建实验装置的实验测量,将理论模似与实验结果进行对比验证.最后用趋肤效应的理论解释微波激发等离子体温度分布的特点.同时对微波等离子体的温度分布轮廓进行讨论.     

微波诱导硫等离子体的分子光谱模拟

2450MHz微波诱导硫等离子体的发射光谱以S2分子的B3∑-X3∑g的谱线为主,利用FrankCondon原理,在确定硫等离子体温度轮廓的基础上,计算出微波诱导硫等离子体的光谱功率分布,与实验结果相符。     

大气压氩气微波等离子体参数的光谱诊断

为了深入了解大气压下氩气微波等离子射流内部电子的状态,利用发射光谱法对大气压下氩气微波等离子体进行了诊断.以玻尔兹曼斜率法对等离子体中电子激发温度进行测算,以斯塔克展宽计算电子密度.研究了等离子体射流方向上不同区域电子激发温度和电子密度的分布规律及微波功率对电子激发温度和电子密度的影响.结果表明,在本实验条件下等离子体射流电子激发温度为4 000～6 000 K,电子数量密度为(2.4～2.8)×1018 cm-3,电子激发温度和电子密度的最大值均出现在距波导管底边20 mm处,并以此处为中心,分别向上下2个方向呈现不完全对称的递减分布,微波功率增加影响等离子体电子密度和电子温度的交替上升.     

一种同轴腔微波等离子体反应器的设计及电磁场计算

设计了一种同轴腔微波等离子体反应器,推导了谐振腔内电磁场分布表达式,对谐振腔中的电磁分布进行了数值计算,得到与理论推导结果相对应的场强分布图。同时采用HFSS软件对本文设计的同轴谐振腔等离子体反应器进行电磁场的模拟仿真,优化出谐振腔的最优尺寸和场强分布图。软件模拟与理论推导结果吻合,说明了本方案设计的可靠性。本文设计的谐振腔固有品质因数可达17800,峰值场强高达9.29×103V/(m·W),且分布均匀,微波能量集中,有利于反应气体产生放电。     

中压微波等离子体炬激发过程特征分析

本文建立了中压情况下耦合麦克斯韦方程的自洽二维流体等离子体模型,添加了有关分子离子的一系列动力学反应方程,展示了在中压条件下的激发过程中电子密度、温度、电场模值、趋肤深度等参数的变化. 分析了分子离子空间分布的主要原因. 另外与常压微波等离子体对比发现中压微波等离子体气体温度较低,对石英管的损害较小,能够适用于各种废气的处理、纳米颗粒的合成以及薄膜的制备,易于实现大规模化,具有很好的应用前景.     

微波放电等离子体性能研究

利用自行设计建立的微波放电实验系统，运用静电双探针对产生的等离子体进行了测试，得承均匀磁场中微波输入功率、气体压强、气体种类等条件对等离子体参数及其分布的影响，并对实验结果答了简要分析。     

真空中铝锡合金激光等离子体的时间演化研究

利用时间分辨发射光谱法测量了真空环境中激光Al-Sn合金等离子体时间演化光谱,结合基于流体动力学方程和辐射输运方程的多元素激光等离子体辐射流体动力学模型及程序,模拟了Al-Sn合金等离子体在真空中的膨胀演化,实现了不同电荷态Al、Sn离子在等离子体演化过程中离子密度和等离子体温度的空间分布诊断.结果表明,理论模拟的谱线强度及其时间演化规律与实验结果符合较好,理论重构的不同时间延迟下离子密度和等离子体温度的空间分布图像可以直观地呈现多元素等离子体中不同电荷态离子在等离子体中的演化过程,预期可为多元素情形下的激光等离子体辐射特性及其应用提供帮助.     

微波等离子体设备场分布的仿真和实验

为使激发微波等离子体的腔体设计更便捷并详细了解腔内的电场分布,迫切希望有仿真工具支持.该文介绍了一台环形波导微波等离子体设备,利用一种有限元软件对反应腔内的电场分布和功率密度进行仿真,并运用光电探头和水负载温升法实际测量反应腔内的对应参数.实验结果表明: 反应腔内的电场分布、功率密度均与仿真结果大致接近,证实运用此种计算工具对微波等离子体反应腔进行数字化设计是可行的.同时,该软件仿真得到的腔内电场分布,能够为微波等离子体激发过程的研究提供指导.     

碳纳米管薄膜氢等离子体的微波衰减特性

研究了电子碰撞和自由电子密度分布对铁催化高压歧化生成的单壁碳纳米管中氢等离子体微波衰减的影响,运用Wentzel-Kramers-Brillouin(WKB)法理论推导了碳纳米管薄膜氢等离子体的微波衰减系数公式.模拟结果表明,随着单壁碳纳米管薄膜氢等离子体中自由电子密度的线性增加,衰减吸收峰值增加,衰减吸收峰向高频方向移动.随着电子有效碰撞频率的增加,衰减吸收峰向低频方向做微小移动.铁催化高压歧化生成的碳纳米管薄膜中氢等离子体对3-4 GHz的微波产生强烈衰减吸收.     

等效电离参数对110GHz高功率微波放电离子体的影响

用流体模型研究110 GHz高功率微波气体击穿时,电离参数对放电等离子体结构具有重要的影响.将若干等效电离参数表达式引入流体模型,对110 GHz高功率微波诱使的空气击穿进行了数值模拟,发现由Morrow等人提出的表达式更加合理.基于Morrow等人报道的参数,发现在一个大气压下,放电等离子体在空间呈现离散分布,相邻等离子体细丝的间距约等于四分之一波长,等离子体前沿朝向微波源移动,其速度与实验符合得很好.     

强流中子管微波离子源不同等离子体离子腔的对比研究

微波耦合效率（Pi-Pr)/Pi是微波离子源的重要参数,它与磁场强度和分布关系密切。通过对比实验研究了不同等离子体离子腔尺寸、不同引入窗厚度时对微波耦合效率的影响,当离子腔尺寸为100mm,窗厚度为30mm时,耦合效率为100％（磁场分布在最佳模式）。此外还研究了耦合效率与真空度的关系,通过二极多孔引出电极引出系统引出离子,其引出电压为1．8kV,引出束流为30mA。     

微波增强肼复合式推力器喷管粘性效应分析

微波增强肼复合式推力器的喷管结构较小,其流动规律不同于常规固液火箭发动机的喷管,黏性效应对喷管内气体流动有较大影响。微波增强肼复合式推力器有着微波电加热和单元肼分解两种工作模式。研究了两种工作模式下工质气体压强和温度对黏性效应的影响。结果表明,提高压强可以降低黏性作用,使得边界层变薄,从而提升喷管性能;提高温度会增强黏性作用,使得速度损失增多,但比冲(specific impulse)仍有一定提高。对比两种工作模式,微波电加热模式下黏性效应对喷管性能的影响更强。     

微波辅助催化净化汽车尾气

首次将微波辅助催化技术运用到汽车尾气的净化。在以高强度蜂窝陶瓷为载体的贵金属催化剂上，比较了常规作用和微波加热对催化剂活性的影响，发现微波加热明显提高了催化剂的低温活性，大大降低了其起活温度。     

Microwave Plasma Synthesis of Nanopowders

1 Results and Discussion Nanopowders were synthesized by using microwave plasma synthesis technique.The microwave plasma was operated in atmospheric pressure at a frequency of 2.45 GHz.The reaction temperature is directly related to the power of the microwave generator that can be controlled by adjusting the actual operating current.Firstly,ionization and dissociation of precursor species will be occurred in the plasma,nucleus can then be formed by the collision of these molecules,followed by the growth...     

The Application of Microwave Low Temperature Plasma in Pretreatment of Cotton Fabric

The effect of microwave low temperature plasma pretreatment on desizing and removing natural impurity of cellulose fiber was studied. The influencing factors of pretreatment such as treating power, gas pressures and time were discussed in detail and the final effect had been compared with that of traditional pretreating process of cotton fabric. The results showed that better capillary effect, strength, whiteness and dyeing K/S value could be given by means of microwave low temperature plasma treatment.     

微波等离子体电子回旋共振放电粒子模拟分析

电子回旋共振放电产生的等离子体在微电子工业中材料加工、空间电推进方面有着广泛的应用。为了研究微波等离子体电子回旋共振的放电特性,使电子回旋共振放电产生的等离子体密度和能量转换效率更高,建立了微波等离子体电子回旋共振放电的1D3V模型,描述了带电粒子在外加静磁场、微波场共同作用下的微观运动。结果表明:微波频率为2.45 GHz时,随着静磁场磁感应强度的增加,平均电子能量先持续增大达到峰值,随后又不断地减小,且在0.087 5 T时电子加速效果最明显,结果符合电子的回旋频率公式,验证了该模型的正确性;共振区域内,发现在0.087 5 T磁感应强度下,微波频率为2.45 GHz下拟合的电子速度分布才与微波电场分布趋势相似,说明微波电场推动了电子运动。这为进一步研究微波等离子体放电的粒子模拟-蒙特卡罗碰撞模拟奠定了基础,也为进一步研究微波等离子体源中粒子产生效率及微波等离子体源的物理性质提供了重要参考。     

微波特性及其影响因素的研究

以牛肉为研究对象,分析了微波干燥的特性及其影响因素,其中包括微波干燥的物料温度特性、微波干燥的膨化作用、微波炉内磁场分布、功率和质量对微波干燥特性的影响,经过分析得到微波干燥的优点。     

微等离子体喷枪及其应用

 微等离子体喷枪是一类重要的微等离子体源,已成为近年国际上低温等离子体研究的热点课题之一。与常规等离子体喷枪相比,微等离子喷枪具有低功耗、低温度、高密度等特性。由于电极间隙小,适合于高气压或大气压下运行,因而微等离子体喷枪具有体积小、易于集成、便携等优势。目前研制的微等离子体喷枪主要有直流微空心阴极型、高频微DBD型、射频电容耦合型、射频电感耦合型、微波耦合型等放电形式。现阶段,微等离子体喷枪已在半导体制造领域、生物医学领域、航天推进领域进入了实用化阶段。本研究组研究制作了高频微DBD和射频电容耦合型结构的喷枪,将其应用于光刻胶去胶、材料表面改性及微生物灭菌领域,并对喷枪的放电特性进行了研究。基于本研究组的实验研究,本文综述了已有的各种微等离子体喷枪,介绍了各种微等离子体喷枪的结构和工作原理,以及在不同领域的研究和应用状况。     

微波炉加热圆柱形食物的温度分布

微波热效应的发现带来了厨房革命,微波能因其作用的整体性特点成为高效热源,微波炉成为食品的重要加工设备。但是微波加热的食物产品常因受热不匀出现质量问题,并导致能源和物质资源的浪费。为了找出微波能作用饼形食物形成的温度分布规律,介绍了微波加热的原理和特性,分析了微波能在食物中的作用过程,由能量守恒及转化定律,推导出了圆柱形食物的温度分布计算式,并用MATLAB软件进行数值计算得到其分布规律。