微空心阴极放电构成的紫外准分子灯

根据微空心阴极放电(m icrohollow cathode d ischarge,简称MHCD)的基本结构,设计了一种新颖的放电结构,它利用MHCD与第三电极(金属针)之间构成新的放电方式,产生大体积高电流密度的辉光放电等离子体,利用等离子体中强烈的准分子辐射制作紫外准分子灯。利用该放电结构进行了Xe气的放电实验,实验测到了波长为172nm的强烈准分子辐射;在400Torr气压下放电,大约有15%的内部效率;当21个这样的放电并联运行时,获得了功率密度为15mW/cm2的真空紫外光输出。实验结果表明:利用这种结构能够制作出高功率的紫外准分子灯。     

一种基于空心阴极放电的宽带等离子体微带开关

提出一种基于空心阴极放电等离子体的宽带微带开关,其基本原理是以放电等离子体代替微带线射频微机电系统(RF MEMS)开关的金属悬臂来实现开关功能.利用低气压下空心阴极放电产生微带等离子体,并研究了这种开关的传输特性.结果表明,放电系统工作时,等离子体开关对1～9GHz电磁波的传输效率为10%～30%;不产生等离子体时,开关间隙将隔离电磁波;开关对脉冲电压的响应时间约为1μs.利用空心阴极结构和脉冲电压驱动可以实现宽带微带开关.     

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。     

微空心阴极放电自持的辉光放电的理论及实验

利用蒙特卡洛方法模拟了微空心阴极放电（MHCD）出射电子的空间以及能量分布，并在此基础上模拟了微空心阴极放电自持的辉光放电中电子的空间分布．模拟表明减小MHCD绝缘层厚度，能有效地改变从微空心阴极放电中出射电子的能量分布，从而提高电子发射效率．对于给定的微空心阴极放电电压，电子的发射存在一个轴向电压阈值；轴向电压的进一步增加，出射的电子数会达到饱和．实验表明以MHCD作为辉光放电电子源是可行的，并且微空心阴极放电自持的辉光放电特性的实验结果和理论模拟是一致的．     

空心针-板电极中较大体积的大气压均匀放电

利用空心针-板电极装置,在大气压空气中产生了直流激励的均匀氩气等离子体羽.电学和光学测量结果表明,虽然采用直流电源驱动,但放电为周期性的脉冲.每个脉冲对应一个等离子体子弹从空心针向着阴极的传播过程.对放电特性随放电电压、电极间距和氩气流量的变化关系进行了研究.发现放电频率随电压的升高而增大,随距离和氩气流量的减小而增大.以直流空心针-板电极作为放电单元构成阵列,得到了较大体积的大气压均匀放电.     

大气压直流辉光放电装置的实验与分析

为了能减小放电装置的体积,以应用于便携式仪器,设计了线-筒型大气压直流辉光放电装置,放电间隙仅1.92 mm.它主要由内线电极、外筒电极组成,线电极直径为0.16 mm,筒电极直径为4 mm.观察并说明了从电晕放电向辉光放电过渡的过程.通过放电波形和图像验证了其处于辉光放电状态.推导了利用氮气第二正带系计算振动温度和转动温度的算法,并利用光谱仪(Acton Spectrapr0 2500i)采集所产生的等离子体的发射光谱,计算得到该等离子体的振动温度在2 360 K左右,转动温度在830 K左右.将该装置作为离子源应用于敞开式质谱中,实验结果表明,该直流大气压辉光放电形成的等离子体可以很好地离子化甲酸、乙酸、苯酚等物质.     

大气压下氦/氮射频放电冷等离子体特性

大气压射频辉光放电冷等离子体由于摆脱了真空腔的限制,在生物医学、电子工业、国防等领域有非常广阔的应用前景。为了拓展等离子体形成气体的种类,降低该技术的应用成本,对大气压下纯氮射频放电进行了研究。实验中采用13.56MHz射频电源和裸露的平板电极在大气压下实现了纯氮射频辉光放电,并比较了纯氦、纯氮和氦-氮混合气体条件下的放电特性。实验结果表明,大气压条件下,纯氦辉光放电具有两个稳定的放电模式(α模式和γ模式),而纯氮目前则只能稳定地工作在γ放电模式。     

电场分布对射流等离子体生成特性的影响

为了研究电场分布对射流等离子体生成特性的影响,运用有限元分析软件AnsoftMaxwell,对柱-环、柱-三环、柱-螺旋管、柱-管4种不同射流等离子体电极结构下的电场强度及均匀度等参数进行了电场仿真计算,模拟起始放电前不同电极结构下的电场分布情况.分析电场强度及均匀度等参数对射流等离子体生成的影响,结合相应的实验进行验证.仿真和实验结果表明:4种电极结构的最大电场强度差别不大,起始放电电压大致相同;柱-环电极电场分布最不均匀,容易向弧光放电转化;柱-管电极电场分布最均匀,强电场区域大,易于生成大量稳定的辉光放电等离子体.因此,电场分布越均匀、强电场区域越大的电极结构有利于抑制辉光放电向弧光放电的转变,有利于射流辉光等离子体的生成.     

锥齿形电极介质阻挡放电特性的研究

提出一种用于流体等离子体化学反应的锥齿形介质阻挡放电电极结构,并从放电形貌、放电电流波形和功率注入效率等方面,探讨了锥齿形放电电极结构在等离子体形成区域,放电强度,等离子体区域流体分布等方面的特性.实验结果表明,在相同放电条件下,锥齿形放电电极结构的微放电电流峰值及注入功率都比平板形电极结构的大,锥齿形电极介质阻挡放电电极结构更有利于流体物质的等离子体化学反应.     

空心电极对容性耦合等离子体放电特性影响

为了提高容性耦合等离子体源的等离子体密度,采用空心电极来代替传统平板电极进行放电。本文采用流体力学模型对容性耦合空心电极放电进行建模仿真,研究不同空心电极的孔隙结构、放电电压及极板间距下,空心电极对容性耦合等离子体放电特性,特别是对等离子体密度的影响。结果表明,采用传统平板电极放电得到的等离子体密度仅为1.86×1015m^-3;当采用倒梯形孔隙结构空心电极进行放电时,空心阴极效应被抑制,等离子体密度仅有少量增长;采用矩形或梯形孔隙结构的空心电极进行放电时,孔隙下方的等离子体密度显著提高,达到2.37×1015m^-3以上。研究还发现,随着放电电压从50 V增至125 V,空心阴极效应和静电边缘效应都显著增强,放电中心处的电子密度从4.76×10¹⁴m^-3迅速增加到3.98×1015m^-3,但等离子体密度在径向分布上出现两个明显的峰值,导致均匀性变差。随着极板间距的增加,等离子体密度显著提高,等离子体均匀性受扩散效应的影响得到明显改善。     

介质表面的辉光放电特性

为产生大面积片状等离子体,实验研究了在介质表面的直流放电氩等离子体特性. 测试了共面电极和对面电极两种结构下的放电伏安特性曲线和等离子体发光图像,讨论了介质表面效应对电场分布和放电特性的影响. 结果表明,这两种电极结构具有相似的放电特征,等离子体通道紧贴介质表面;二者伏安特性曲线基本相同,它们随放电条件的变化规律也比较相似,但与传统平板电极直流放电特性不尽相同. 介质表面影响电场分布和电荷损失机制,因而影响放电特性. 介质表面共面和对面电极结构可以产生高密度平面等离子体.     

影响大电流热阴极辉光放电稳定工作的因素

大电流热阴极辉光放电用于等离子体化学气相沉积金刚石膜, 有效地提高了沉积速率和膜品质. 大电流辉光放电具有较强的向弧光放电转化趋势, 本文研究了影响大电流热阴极辉光放电稳定工作的因素, 结果表明, 阴极温度、 表面形貌、 阴阳极位置和尺寸配置关系等对辉光放电的稳定性均有不同程度的影响.     

正丙醇溶液直流辉光放电等离子体电解产物分析

 以正丙醇溶液为原料进行辉光放电等离子体电解的实验研究。利用GC-MS联用仪,GC及光发射光谱等检测手段对辉光放电电解的气液相产物进行分析。实验结果表明：电解的主要产物有氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、水、二氧化碳、甲醛、苯及甲苯等。各种气体产物和产量受放电电压、放电电流等因素影响明显。在等离子体层中正丙醇分解过程和其他类型的等离子体分解过程类似。蒸汽鞘层中的加速电子是引发辉光放电过程非法拉第定律现象的决定因素。阴极辉光放电过程中等离子体-溶液界面上的主要活性物种是中性粒子和电子。正丙醇阴极辉光放电过程中等离子体-溶液界面上产生的主要活性物种有C3H3,CO+,CH,CH2O,H,H2O+,CH2和H2O。利用键能理论对正丙醇溶液放电后主要产物的生成路径进行了分析。     

辉光放电离子轰击钎焊的阴极净化作用

本文研究了辉光放电离子轰击钎焊时阴极溅射现象对工件表面的净化作用。采用SEM和EDX对净化前后4J36和LF21工件进行表面分析,表明阴极净化作用可有效地清除氧化膜并改善钎料的铺展条件。文中还介绍了影响阴极净化作用的因素和增强净化效果的措施。正是由于离子轰击的产热特点和阴极净化作用,使得辉光放电离子轰击钎焊比一般真空钎焊具有明显的技术经济上的优越性。     

放电电流对热阴极等离子体化学气相沉积金刚石膜影响

建立了快速沉积高品质金刚石膜的热阴极辉光放电等离子体化学气相沉积新方法. 相对于常规冷阴极辉光放电而言,热阴极辉光放电是一种新型放电形式,具有许多新的特性,其中重要一点是具有较高的放电电流(6.0～10.0 A). 较高的放电电流既是热阴极辉光放电本身的突出特点,同时对于化学气相沉积金刚石膜工艺也产生重要影响. 实验研究了放电电流于金刚石膜沉积速率、表面形貌和热导率的影响,发现由于放电电流影响辉光放电的等离子体区和阳极区,进而对金刚石膜的沉积速率和品质有很大影响. 特别是通过放电电流的提高,可以有效地提高金刚石膜的品质,这对于制备优质金刚石膜产品有重大意义.     

空气中交流针-水电极大气压辉光放电

空气中大气压辉光放电是当前低温等离子体研究的热点,但通常因为放电容易过渡到火花状态,很难产生.为此,在大气压静态空气中采用阻容耦合负反馈方法控制针-水电极等离子体放电发展正反馈过程引起的不稳定性,同时利用水电极良好的热传导性能增强放电的稳定性,成功地抑制了辉光放电向火花放电的过渡,得到了稳定的交流辉光放电.     

低温等离子体精炼效应的实验

研究探索了直流辉光低温等离子体对Sn-S合金熔体的精炼效应．实验结果表明：在氢等离子体作用下熔体中的硫可以脱除到极低的水平,但是只有在熔体作为阴极时才能获得良好的精炼效果．通过改变气体种类、压力和熔体极性,研究了各种因素对熔体脱硫的影响．根据实验结果和等离子体物理知识,讨论了直流辉光等离子体精炼效应的机理,认为主要是由于低温等离子体中活性氢粒子与熔体中杂质反应生成气态的产物,它们随气体排出而达到精炼的目的．     

大气压氧气中稳定形态气液放电等离子体特性研究

通过在放电回路中连接电容来控制放电电荷数目并得到稳定的氧等离子体.利用测量的电压电流波形和放电图像的变化分析了放电模式在不同应用电压下的转化过程.根据等离子体发射光谱计算了各种活性物种的发射光谱强度,模拟了等离子体气体温度、振动温度的变化过程.结果表明:随着应用电压的增加,等离子体放电模式在电压正半周明显地从流光放电转化为辉光放电最后转化为弧光放电,在电压负半周从电晕放电转化为弧光放电.在放电回路中加入电容可以限制单次放电的电荷数目,提高放电的稳定性.与放电模式的转化相对应,等离子体的气体温度先增加后不变.