气压对大面积等离子体片电子密度分布的影响

利用脉冲磁约束线形空心阴极放电装置,在15mT磁场约束下,产生了持续时间为200μs、峰值放电电流为3A、面积为60cm×60cm的大面积等离子体片。采用快帧法和旋转空心阴极法,在90~210Pa内,利用朗缪尔探针首次获得了不同气压的等离子体片的厚度向电子密度分布及其演化构成的二维分布图;研究了在同等峰值放电电流条件下,等离子体片达到最大厚度向峰值电子密度时,气压对所需放电时间、最大厚度向峰值电子密度及电子密度半高宽的影响。结果表明：在相同的峰值放电电流条件下,等离子体片达到最大厚度向峰值电子密度的时间随气压的降低而减小;气压越低,最大厚度向峰值电子密度越大,电子密度半高宽越小。

大面积等离子体聚合装置的研制

通过在原有射频放电平行平板等离子体聚合装置上增加卷绕机构,实现了大面积等离子体聚合镀膜。膜的最宽可达200mm,镀膜速度可在0.01～5.00mm/s范围内调节,薄膜可以正、反方向运动。

大面积等离子体片分层现象的实验研究

为了研究大面积等离子体片的分层特性,利用脉冲磁约束线形空心阴极放电装置,在150 Pa氦气中产生了持续时间为200μs、面积为60 cm×60 cm的大面积等离子体片。采用快帧法和旋转空心阴极法利用郎缪尔探针首次获得了等离子体片分层时厚度方向电子密度分布及其演化构成的二维分布图;基于获得的二维分布图,研究了分层等离子体片厚度方向电子密度的分布特征与磁场强度和放电电流的关系。实验发现,等离子体片分层时厚度方向电子密度呈现双峰曲线分布特征;当放电电流为2 A,磁场强度为1.5×10^(-2),2.25×10^(-2),3×10^(-2)T时,双峰间距分别为0,3.2,8.4 mm;当磁场为3×10^(-2)T,电流为1,2,3,4 A时,双峰间距分别为8.6,8.2,6.8,5 mm。结果表明:分层等离子体密度峰值间距随着磁场的增强和放电电流的降低而增大。

C波段微波入射大面积等离子体面的特性研究

利用空心阴极放电产生了尺寸为60cm×60cm×2cm的大面积等离子体,以放电气压、电流为变量,研究了不同频率的C波段微波入射大面积等离子体的透射、反射和吸收等特性.结果显示:反射、透射和吸收三种相互作用同时存在;随着放电电流的增强,入射波的反射减弱、透射增强;当气压升高时,等离子体对入射波的吸收增强;当等离子体的密度和电子碰撞频率与入射波的频率发生耦合时,高达40%的入射波能量会被等离子体吸收.本研究表明:低气压下的大面积等离子体可作为波束切换工具;调节等离子体放电参数,可改变微波在等离子体面的传播特性.

大面积等离子体微波反应器的设计与仿真

针对微波等离子体装置的应用领域,设计一种具有大面积等离子体的微波反应器结构。首先通过理论分析设计出微波等离子体反应器的主要结构并计算其基本结构参数,确定微波反应器的工作模式,然后利用电磁仿真计算微波反应器的电场分布及其大小,确定最优结构参数。

大面积等离子体片密度分布分析

利用空心阴极放电产生了尺寸为60 cm×60 cm×2 cm的大面积等离子体面.在实验室条件下对大面积等离子体片的密度分布进行了测量.由于高压放电脉冲脉宽较短,实验中改变了测量方法,同时,在中等磁场影响下,为了得到真实的等离子体密度,进行了必要的数值修正.在放电电流为1—6 A时,测量了二维的电子密度分布.另外,测量并讨论了其他环境参数对等离子体密度的影响.电子密度的分布情况对与微波波束切换相当重要.由空心阴极增强型放电产生的大面积等离子体面具有反射X波段(8—12 GHz)微波需要的足够稠密的电子密度和足够均匀的密度分布,这是等离子体面在雷达系统中取代金属面板的有利条件.

大面积分散电弧等离子体的ICCD图像分析

用增强型电荷耦合检测器(ICCD)和窄带干涉滤光片相结合的方法拍摄了未饱和氩等离子体的分散电弧的非饱和图像。对不同励磁电流下电弧形态的分析比较,证实了在强电磁力的作用下弧柱趋于扩散。在电弧完全分散条件下,对ICCD拍摄非饱和图像的光强分析,表明分散电弧具有较为均匀的分布。所采集的电弧电压的脉动幅度显著降低,分散电弧稳定运行。实验中观测到了稳定的多阴极弧根和弥散阴极弧根的现象,这表明电弧已扩散。

大面积矩形感性耦合等离子体源的三维流体力学模拟

利用自主开发的三维流体力学模型程序,对面向平板显示工艺和光伏工艺的大面积矩形感性耦合氩等离子体源进行了数值模拟.该模型自洽地求解了带电粒子以及中性粒子的流体方程和感应电场的波动方程.利用此模型,研究了气压、功率以及线圈形状对各种等离子体参数的三维空间分布和均匀性的影响.研究结果表明,当放电气压较低时(4 mTorr),电子密度的空间分布比较均匀,且电子密度的最大值出现在腔室的中心区域.感性沉积功率密度、激发态氩原子密度以及电子温度的最大值出现在线圈的下方.随着放电功率的增加,即从1000 W增加到4000 W,电子密度显著提高,但电子密度的空间分布变化不大.随着放电气压的升高,电子密度的均匀性明显下降,即电子密度的最大值主要局域在线圈下方.这是因为在较高的气压下,带电粒子与背景气体的碰撞增加,因此使得带电粒子的密度分布变得局域.此外,文章还研究了不同的线圈结构对于等离子体均匀性的影响.结果表明当气压较高(20 mTorr)时,使用3×3阵列线圈产生的等离子体的均匀性优于盘香型线圈,即通过改变线圈结构可以实现对等离子体均匀性的调控.文章的研究成果有助于加深对大面积矩形感性耦合等离子体放电特性的认知,这对于优化平板显示工艺以及光伏工艺至关重要.

用于医疗器械快速灭菌的低温等离子体装置研究

现有低温等离子体技术存在放电范围小、放电电压高等局限性,不适用于大尺寸医疗器械的消毒灭菌。本文研制了一种灭菌装置,在较低击穿电压下(大气压氦气325 V,大气压空气585 V)产生了大面积等离子体,且创新性地在印刷电路板上实现了气体放电。通过COMSOL等离子体仿真以及实际放电实验,同时实现了低气压与大气压环境下的均匀辉光放电,放电实验结果表明:相对气压在-70~-50 kPa范围内,击穿电压值最低。通过灭菌实验,验证了此灭菌装置产生等离子体的灭菌效能,并对影响灭菌效果的因素进行了探究,灭菌实验结果表明:电源频率是影响灭菌效果的最关键因素,灭菌时间其次,氦气气压对灭菌效果影响最小。对于一定浓度的大肠杆菌,6 min即可达到完全灭菌。