氩气辅助激发大气压微波冷等离子体射流的研究

微波同轴谐振器已被广泛用作大气压等离子体射流的发生装置,其产生的等离子体射流已用于生物医学、材料表面处理等众多领域,大气压条件下微波放电等离子体源的功率阈值是影响其能否广泛应用的关键问题。文中设计的微波等离子体射流源工作频率2.6 GHz,回波损耗13.99 dB,工作气体为Ar气,大气压条件下产生紫色的丝状射流,击穿功率41.1 dBm(12.9 W),维持功率仅20 dBm(0.1 W)。结合实验观察和ANSYS Fluent流体力学仿真方法探究了等离子体射流长度与气体体积流量、输入功率的关系,发现层流状态下射流长度随气体体积流量增大而伸长,湍流状态下则反之,但不同气体体积流量下射流长度均随着输入功率单调增大。同时,实验发现关断Ar气后等离子体并未熄灭,而是诱发了同轴尖端附近位置的空气等离子体维持状态。在此基础上提出以Ar气或He气为先导气体,将其电离击穿后辅助激发难电离气体产生冷等离子体射流,在不需要提供高微波功率条件下实现了CO_(2)、N_(2)、O_(2)等冷等离子体射流。

基于湿法腐蚀凹槽阳极的低漏电高耐压AlGaN/GaN肖特基二极管

得益于铝镓氮/氮化镓异质结材料较大的禁带宽度、较高的击穿场强以及异质界面存在的高面密度及高迁移率的二维电子气,基于该异质结材料的器件在高压大功率及微波射频方面具有良好的应用前景,尤其是随着大尺寸硅基氮化镓材料外延技术的逐渐成熟,低成本的氮化镓器件在消费电子方面也展现出极大的优势.为了提高铝镓氮/氮化镓肖特基二极管的整流效率,通常要求器件具有较小的开启电压、较低的反向漏电和较高的击穿电压,采用低功函数金属阳极结构能有效降低器件开启电压,但较低的阳极势垒高度使器件易受界面缺陷的影响,导致器件反向漏电增大.本文采用一种新型的基于热氧氧化及氢氧化钾腐蚀的低损伤阳极凹槽制备技术,解决了常规干法刻蚀引入的表面等离子体损伤难题,使凹槽表面粗糙度由0.57 nm降低至0.23 nm,器件阳极反向偏置为-1 kV时的漏电流密度由1.5×10^(-6) A/mm降低至2.6×10^(-7) A/mm,另外,由于热KOH溶液对热氧氧化后的AlGaN势垒层及GaN沟道层具有良好的腐蚀选择比,因此避免了干法刻蚀腔体中由于等离子体分布不均匀导致的边缘刻蚀尖峰问题,使器件反向耐压由-1.28 kV提升至-1.73 kV,器件性能得到极大提升.

微秒脉冲下两电极开关的低真空击穿特性研究

针对巴申曲线在低真空范围击穿特性尚无详细研究,且只适用于均匀电场的情况,本文研究了10-3~10 Pa低真空范围微秒脉冲下两电极开关击穿特性,在真空击穿试件内进行不同球电极间隙距离的真空击穿实验,探索并总结了其击穿规律。首先,对不同电极间距下放电腔场强分布进行了仿真,结果显示场分布为稍不均匀场,场强最大值集中在电极球面顶点之间。然后采用光学显微镜观察实验后电极表面状态,分析了击穿场强以及离散度随真空度和电极间隙的变化规律。结果表明:阴极烧蚀比阳极更为明显,小间隙下真空击穿主要为阴极引发;击穿场强随气压不断降低而迅速增大,上升斜率先增后减,击穿场强趋于稳定,该现象与真空击穿规律相符合;真空击穿场强离散度也随真空度变大,证明真空击穿的随机性和分散性较大。

射频和千赫兹驱动的毫米间隙放电的仿真研究

大气压短间隙放电是产生冷等离子体的一种有效手段,常见的交流驱动电源有射频电源和千赫兹交流电源,但这两种不同频率电源所导致的气隙放电特性对比尚鲜有研究。本文以1 mm间隙的针–板电极这一极不均匀电场结构作为放电气隙,将之等效为球坐标系下的1维结构,建立基于迁移–扩散近似下的多组分、局部能量近似的经典等离子体流体模型,仿真研究了13.56 MHz射频(RF)电源或50 kHz交流(LF)电源所驱动的1 mm氦气(混合0.1%氮气)间隙的放电过程,关注了在1 mW和1 W这两种不同的沉积能量下的放电特性。结果表明:RF放电在1 mW时表现为电晕放电模式,此时间隙中的带电粒子密度低,且主要集中在功率电极附近;当沉积功率升高至1 W时,间隙放电则呈现出明显的辉光放电特征,电极附近出现鞘层,且气隙中间存在准电中性的等离子体区域;LF放电的起始电压幅值要高于RF,且LF放电随电压升高会较为平顺地从电晕放电模式过渡到辉光放电模式,而不存在明显的转换过程。对两种频率的放电而言,电晕放电模式下,潘宁电离是主要的电离路径;而辉光放电模式下,直接的电子碰撞电离成为主导的电离通道。此外,在相同的沉积功率下,LF放电的最大电子密度、电子温度和正离子温度都要高于RF放电,但时间均匀性较差,呈现出明显的脉冲放电特性。

低功率射频推力器启动特性研究及优化设计

针对微型射频离子推力器研制过程中击穿困难的问题,开展了低气压细管感应耦合等离子源(ICPs)的击穿特性实验研究.通过对放电腔室内等离子体击穿区域的研究,发现低气压细管ICPs击穿位置不在电场最强的天线区域,即天线的击穿区域与射频离子推力器稳定工作的等离子体维持区域不在同一区域,这造成了传统射频离子推力器结构下击穿点火的困难.通过改变放电腔室结构与天线位置研究击穿工况变化规律,发现延长放电腔室长度,适当增加天线匝数,调整天线与放电腔室相对位置都可以改善上述现象.

面向环境振动能量收集的直流摩擦纳米发电机技术进展

介绍了摩擦纳米发电机(TENG)的工作原理和特点,总结了从交流输出摩擦纳米发电机(AC-TENG)到直流输出摩擦纳米发电机(DC-TENG)的技术革新变化,根据摩擦纳米发电机不同的直流化技术原理,分别阐述了基于机械整流式、相位控制式、半导体聚合物的动态肖特基式、空气击穿式的DC-TENG近几年的研究进展,并重点分析了基于静电击穿式DC-TENG的工作原理、性能优化和应用方法等。讨论了AC-TENG和DC-TENG之间的异同,得出了通过两者输出性质的差异化来提高自供电传感器精度的结论。最后,对未来DC-TENG技术进行展望,认为DC-TENG与AC-TENG有相似的发展路线,将面临相似的不足与挑战,通过借鉴AC-TENG的改进过程,能有效减少在DC-TENG发展中可能出现的问题。

1-MCP和延迟预冷对‘蜜脆’苹果冷藏效果的影响

以‘蜜脆’苹果为试材,研究1-MCP和延迟预冷处理对其冷藏效果的影响,为‘蜜脆’苹果的贮藏保鲜提供一定的理论依据和技术指导。分别采用1-MCP(1.0μL.L-1,24 h)、延迟预冷(20℃,7 d)及2者的结合对‘蜜脆’苹果进行采后处理,处理后的果实置于(3±0.5)℃下冷藏,定期测定贮藏期的各项生理生化指标,并在贮藏末期观察统计主要生理病害的病情指数。结果表明,1-MCP能显著抑制果实的乙烯释放速率和呼吸速率、减缓果实硬度和可滴定酸含量的下降,保鲜效果优于延迟预冷处理,这2种处理方式均能减轻果实低温伤害的发生,但却加重了苦痘病的发生;与对照相比,结合处理组虽然也加重了苦痘病的发生,但却完全抑制了冷害的发生,并保持了较好的贮藏品质。

低压双功能TiO_2压敏陶瓷的研究

采用一次烧成工艺制备了具有电容性和压敏性双功能TiO_2陶瓷。考察了Nb_2O_5施主掺杂对TiO_2压敏陶瓷的显微结构、介电性能和压敏性能的影响。结果表明:随Nb_2O_5掺杂量的增加,样品的晶粒粒径变大、晶界层变薄;压敏电压V_(1mA)减小、非线性系数α和介电常数ε增大。当Nb_2O_5掺杂量为2mol％时,TiO_2压敏陶瓷有较好的压敏特性:ε=22000、V_(1mA)=2.8V和α=3.8。

低压ZnO压敏陶瓷晶粒边界电子陷阱态的研究

应用４１９２Ａ低频阻抗分析仪测量了低压ＺｎＯ压敏陶瓷的复电容曲线，研究了烧结温度对复电容曲线压低角的影响规律，探讨了晶粒边界耗尽层中电子陷阱的种类和起因并对电子陷阱的特征参数进行了表征．实验发现：在低压ＺｎＯ压敏陶瓷中存在两种非理想的Ｄｅｂｙｅ弛豫现象，对于每一种弛豫，其复电容曲线存在压低现象，且其压低角随着烧结温度的升高而迅速减小．在低压ＺｎＯ压敏陶瓷的耗尽层区域内存在两种电子陷阱，它们分别位于导带底０．２０９和０．３４２ｅＶ处，其中０．２０９ｅＶ处的陷阱能级对应于本征施主Ｚｎ×ｉ的二次电离，而０．３４２ｅＶ处的陷阱能级对应于氧空位ＶＯ的一次电离．

-50℃条件下SF_6/N_2混合气体的击穿特性

为研究低温条件下SF_6/N_2混合气体的击穿特性,搭建了温度可控的气体击穿试验系统,采用棒板电极模型模拟GIS内部极不均匀电场,对SF_6/N_2混合气体的工频及雷电冲击击穿特性进行了研究。结果表明:只要保证固定的充气比例和密度下混合气体不发生液化,温度变化对SF_6/N_2混合气体的绝缘性能基本无影响,且SF_6/N_2混合气体的极性效应比纯SF6气体更明显。

低电压ZnO压敏电阻器的研制

简要叙述了压敏电阻器的特性、微观结构和实现低压压敏电阻器的方法,对实验结果进行了讨论。

纳米粒子改性聚乙烯直流电缆绝缘材料研究(Ⅰ)

由于高压直流塑料电缆运行中温度梯度效应会引起场强畸变,选用一种特殊的纳米粒子作为填料,通过熔融共混制备出不同填料质量分数(1%,3%,5%)的低密度聚乙烯(LDPE)纳米复合材料。通过扫描电镜(SEM)观察,证明纳米粒子在聚乙烯中分散均匀。利用电声脉冲(PEA)法研究了温度梯度场下LDPE纳米复合材料中的空间电荷及场强畸变特性;并测量了不同温度下的体积电阻率和直流击穿特性。结果表明,该种纳米粒子的添加能有效改善温度梯度场下聚乙烯绝缘中电荷积聚和场强的畸变现象,并提高聚乙烯的直流击穿强度。同时发现,该聚乙烯纳米复合材料体积电阻率随着温度升高呈现先升后降趋势。

高寒条件下变压器油击穿特性试验

对变压器油在低温环境下击穿特性的研究有助于确保高寒地区变压器的运行可靠性。为此建立了高压低温试验系统,利用该系统试验研究了在-50-10℃温度范围内,不同电压形式、电极模型、水分体积分数下的油隙击穿特性;并根据试验结果给出了高寒条件下对变压器投运及交接试验的建议。结果表明：交流电压和直流电压下,油隙击穿电压随温度的变化曲线呈U形,冲击电压下则无明显规律;平板电极模型、球–板电极模型和针–板电极模型击穿电压随温度的变化曲线均呈U形,且击穿电压值受电极间电场均匀程度的影响;低温下水分体积分数会对油隙的低温击穿电压产生直接影响,且在-10-0℃范围内影响最为显著。

积极开发低硅烧结技术

阐述了开发低硅烧结技术的意义。介绍了低硅烧结矿的特点、生产状况及在高炉上的应用效果 ,并提出了实现低硅烧结应采取的工艺措施及今后的研究方向。

陡化前沿Marx发生器的设计与初步实验

设计了10级同轴结构的陡化前沿Marx发生器，实现了电容储能型脉冲功率调制系统的小型化。该系统采用3nF低电感电容器作为储能电容，采用固体电阻作为充电电阻，通过各级短间隙气体火花开关迅速放电及级间紫外光耦合在50Ω负载上建立了陡化前沿的输出电压波形。在考虑开关电极分散电容、等效传输线效应及回路电感等因素基础上，利用自击穿火花开关模型建立了等效放电电路模型，并利用PSpice电路模拟软件进行了数值模拟。根据数值模拟结果设计加工了10级陡化前沿的Marx发生器实验装置。在较低充电电压下（7kV与11kV），得到了初步实验结果，输出电压波形大致为方波，相对于传统Marx发生器输出前沿缓慢的三角波有较大改善，半高宽为40～50HS，前沿时间为十几ns，幅值约为41kV和57．5kV，实验结果与模拟结果基本一致。

激光诱导等离子体光谱技术应用于月球探测的可行性研究

阐述了激光诱导等离子体光谱技术的物理机制,分析了气压影响激光诱导等离子体光谱探测的机制和规律,建立了低气压环境下进行激光诱导等离子体光谱探测的试验装置,开展了不同等级低气压环境下的试验研究,通过试验数据具体量化了气压对激光诱导等离子体光谱探测的影响,进而论证了激光诱导等离子体光谱技术应用于月球探测的可行性.

He-Ne激光器放电点火电压的实验研究

寻找能降低He-Ne激光器点火电压的外加催离剂.实验对He-Ne激光器的点火电压在阴、阳极被可见光照射、低放射源作用于放电管和阴极附近加强电场的条件下进行了测量.对不同外加条件作用下He-Ne激光器点火电压实验数据的误差进行了分析.实验结果指出,用可见光照射阴极或阳极不能降低He-Ne激光器的点火电压;能明显降低点火电压的因素可以是低放射源或外加强电场.

小展弦比飞翼跨声速典型流动特性研究

小展弦比飞翼标模为国内自主设计的融合体飞翼通用研究模型,前缘后掠角为65°,展弦比为1.54。风洞试验结果表明小展弦比飞翼标模在跨声速迎角4°开始出现非线性升力,在迎角12°至16°范围内会出现升力突然下降、俯仰力矩突然上扬的现象。为了分析该现象的机理,通过数值模拟的方法研究了小展弦比飞翼标模在马赫0.9时的流动特性,分析了前缘涡的产生、发展直至破裂的整个过程,结果表明:小展弦比飞翼标模在迎角4°开始出现涡升力;随着迎角增加,前缘涡逐渐向内侧移动,涡强和背风面激波的强度也逐渐增加,前缘涡与激波发生交叉干扰并达到一个平衡流态;当前缘涡与激波无法维持既有平衡时则会发生涡破裂,流场急剧变化以达到新的平衡,从而导致升力突然下降并产生抬头力矩增量。

华庆探区长6_3储层破裂压力及裂缝开启压力估测与开发建议

根据露头地层、钻井岩心及薄片等实物资料,结合古地磁岩心定向,对长63储层构造裂缝几何学等特征参数进行定量观测。结合储层现今应力状态数值模拟成果和岩石力学属性,对长63储层不同方向天然裂缝重新开启压力及储层破裂压力进行估算;预测储层裂缝开启压力和地层破裂压力分布,提出合理有效的注水压力范围。研究结果表明：长63储层破裂压力主要介于49.50-57.50 MPa之间,合理注水压力应控制在54.0 MPa以下,使得与现今最大水平主应力方向夹角小于40°的天然裂缝易开启,能有效地改善低渗储层渗流能力,提高石油高采收率。

埋层低掺杂漏SOI高压器件的击穿电压

提出一种具有埋层低掺杂漏(BLD)SOI高压器件新结构。其机理是埋层附加电场调制耐压层电场,使漂移区电荷共享效应增强,降低沟道边缘电场,在漂移区中部产生新的电场峰。埋层电中性作用增加漂移区优化掺杂浓度,导通电阻降低;低掺杂漏区在漏极附近形成缓冲层,改善漏极击穿特性。借助二维半导体仿真器MEDICI,研究漂移区浓度和厚度对击穿电压的影响,获得改善击穿电压和导通电阻折中关系的途径。在器件参数优化理论的指导下,成功研制了700V的SOI高压器件。结果表明:BLD SOI结构击穿电压由均匀漂移区器件的204V提高到275V,比导通电阻下降25%。