射频空心阴极等离子体放电气体分布的有限元模拟

为了得到较为优化的射频空心阴极等离子体放电参数,提高放电气体分布的均匀性,以改善材料表面改性的均匀性,构建了射频空心阴极等离子体放电气体流动的数学模型,应用Fluent软件对放电气体分布进行有限元模拟,得出了较为优化的放电参数;另选择一组放电参数对电池隔膜进行表面改性试验,通过测试电池隔膜的最大吸碱量,得出较优的放电参数。结果表明:试验优选放电参数和模拟所得出的优选放电参数较为吻合,证明了有限元模拟的可行性与实用性;得出的较优放电参数是阳极孔径为8mm,进气流量为5L·min-1,试样距离为20mm。

低气压射频空心阴极放电氩等离子体发射光谱分析

利用射频空心阴极作为放电结构,测试了放电结构在低气压下的发射光谱,并计算了电子温度,分析了不同放电条件对光谱强度及电子温度的影响。研究发现,随着气体流量的增加,氩原子谱线强度和等离子体电子温度呈现出先增加后降低的变化规律,这是由于频繁的碰撞造成的。光谱强度随着射频功率的增加而升高。气体流量低于20 mL/min(标准状态)时,随着射频空心阴极放电气压的增加,电子温度呈现先增加后降低的变化趋势;当气体流量高于30 mL/min时,电子温度不随着放电气压的变化而变化。低气体流量下的电子温度大于高气体流量下的电子温度。

溴甲烷的等离子体发射光谱测量

利用脉冲射频空心阴极等离子体源激发含溴甲烷的工作气体产生等离子体,采用HR4000型高分辨力光谱仪测量了等离子体的发射光谱。通过光谱比较,在等离子体发射光谱图中得到了位于635.07,700.52nm的溴原子的特征峰,并实验研究了工作气压和溴甲烷密度对溴原子特征峰强度的影响。实验结果表明:在相同的溴甲烷密度下,溴原子的特征峰强度随气压的升高而降低;在相同的气压条件下,溴原子的特征峰强度随溴甲烷密度的升高而升高;溴甲烷密度测量的精度高于1g/m3。

具有空心阴极放电特征的射频放电的两电子组模型

运用两电子组模型,考虑了射频放电中的α过程和γ过程两种电离机制,并结合流体模型,研究了中等气压下窄电极间隙容性耦合射频放电在运行模式转变区的等离子体密度以及电离速率分布等特性。理论研究表明,γ电离过程在高电流模式运行中起主要作用,并证实了此类放电中存在显著的电子摆钟效应,具有类似于空心阴极放电的特征。

孔深对射频空心阴极放电特性的影响

为了提高射频空心阴极放电中的等离子体密度,通过实验和数值模拟研究了氩气环境下孔深对射频空心阴极放电的影响。在实验上利用Langmuir探针测量了射频空心阴极放电等离子体的电子数密度,并对不同孔深条件下获得的电子数密度进行了比较。利用二维流体模型模拟了空心阴极结构下的射频放电,获得了电子数密度和电离速率的分布随孔深的变化规律。模拟结果表明:大的孔深可以增加孔内强电离区域的大小,并使等离子体密度增加,这一规律与实验结果相符;当孔深与孔径的比值大于3时,等离子体密度基本达到饱和。

电压对射频空心阴极放电特性的影响

为了提高射频空心阴极放电中的等离子体密度,采用粒子网格(Particle-In-Cell,PIC)法与蒙特卡洛碰撞(MonteCarlo-Collision,MCC)模型相结合的方法(PIC/MCC法),研究了空心电极上施加的射频电压变化对射频空心阴极放电特性的影响。研究结果表明,和平板电极容性耦合射频放电相比,射频空心阴极放电能获得更高的电子密度。随着射频电压的增加,孔内的鞘层电场和鞘层电势降均增加,引起鞘层振荡加热和二次电子加热的增强,这将增大电子密度。此外,在本文模拟所设置的电压范围内(150-210 V),随着电压的增加,空心阴极效应(hollow cathode effect,HCE)的强度也增加,这也将增大电子密度。同时,随着射频电压的增加,等离子体在孔内的深度也增加,这将进一步增大电子密度。因此,提高射频电压是在空心电极孔内外获得高密度等离子体的有效方法。

射频空心阴极放电中电子加热机制的实验研究

在氩气环境下对射频驱动下空心阴极的放电特性进行了实验研究,得到了不同工作条件下射频空心阴极放电中的电子密度、电子能量几率分布函数等结果。研究结果表明,相比于平板电极容性耦合射频放电,空心结构电极的射频放电能获得更高的电子密度。在形成空心阴极效应后,等离子体密度随电压、气压的升高而增大。通过EEPF进一步分析了射频空心阴极放电电子加热机制随p D值、工作电压的变化。发现当p D增加时,射频空心阴极放电中电子加热机制从以振荡鞘层对高能电子的随机加热为主逐渐转变为对等离子体中电子的欧姆加热为主;当逐渐提升电压时,电子本身获得能量机制则由开始的欧姆加热转到了向后来的随机加热。

偏压对射频空心阴极放电特性影响的PIC/MCC模拟研究

采用粒子网格(PIC)法与Monte Carlo碰撞(MCC)模型相结合的方法(PIC/MCC法),研究了在射频空心阴极放电系统中,负直流偏压(-10～-50 V)对放电特性的影响。通过模拟获得了在不同的外加负直流偏压下,空心电极孔内的电子密度、径向电场、轴向电场等参数的变化。计算结果表明,随着偏压从-10增加到-50 V,阴极孔内电子密度和径向、轴向电场逐渐增大;加偏压的孔内电子密度和径向、轴向电场比不加偏压的更大。从放电早期到达到稳定放电的过程中,电子逐渐从接地阳极附近移入空心电极孔内,孔内电子密度和径向、轴向电场随时间增长而增大;在同一时刻,放电系统施加偏压的孔内电子密度和径向、轴向电场比不加偏压的更大。达到稳定放电后,孔内电子密度和径向、轴向电场等不再发生变化。

射频空心阴极放电中发光条纹形成的影响因素

本文通过实验的方法,研究了氩气射频空心阴极放电(radio frequency hollow cathode discharge,RF-HCD)中发光条纹形成的影响因素。研究结果表明,在RF-HCD中,在一定的放电条件下,能清晰地观察到负辉区、法拉第暗区和正柱区。在RF-HCD中,功率、电极间距、气体流量和电极间有无介质管等均影响着发光条纹的形成。而背后更深层次的原因是电子密度、放电通道中是否存在正柱区、气压、以及介质管上的表面电荷等影响着RF-HCD中发光条纹的形成。如果放电时空心阴极孔外的电子密度达不到形成条纹的临界电子密度,则发光条纹无法形成;如果放电通道中不存在正柱区,即使密度足够大,条纹也无法在RF-HCD中形成;较高的流量和介质管上表面电荷的积累有利于条纹在RF-HCD中形成。

一种新型微空阴极结构的大气压射频冷等离子体源

介绍微空阴极的结构和物理机理,着重介绍一种新型大气压下射频激励的大面积冷等离子体源---融合空心阴极(fused hollow cathodes,FHC).结合应用和与之有关的研究,简单介绍空心阴极的放电特性,以及影响其放电特性的因素,如阴极材料、气体种类、频率、气体流速、气压、阴极内径等.另外提到了其他两种相关的微空阴极系统.

细长管内表面镀Cu过程中的空心阴极辉光电

为了在细长管内壁获得质地均匀的Cu膜层,采用射频耦合直流空心阴极放电的方法,研究在长度200 mm、内径6~12mm的细长管内沉积Cu薄膜时的放电情况。通过探究改变耦合直流电压、射频电压、中频电压以及管内径和测量管内轴向不同位置带来的放电影响情况,获得最佳的放电参数。研究发现,耦合直流电压越高、射频功率越高,则放电过程中的Ar^(*)、Ar^(+)、Cu^(+)活性粒子数量越多;增大中频电压,Ar^(*)和Cu^(+)光谱峰值强度呈现“V”字形,即先降低后升高,Ar^(+)光谱峰值强度在0~40 V时处于稳定的状态,在40 V开始上升,并且在60 V之后快速上升;管内径10 mm时放电效果最佳,在内径为6 mm到10 mm的管内Ar^(*)、Ar^(+)、Cu^(+)粒子数目增多,当内径到达12 mm,三种活性粒子迅速减少。通过对200 mm长、10 mm内径管内不同轴向位置的测量,发现细长管中部(100 mm)放电强度高于管口(10 mm)和管尾(190 mm)。

发泡剂对空心石英玻璃微球结构的影响

空心玻璃微球因具有低密度、高强度、耐高温等优点而被广泛研究。采用喷雾造粒法与粉末法相结合,掺入发泡剂,以射频等离子体作为热源制备空心石英玻璃微球,研究了SiC、CaSO_(4)、CaCO_(3)三种发泡剂对制备空心石英玻璃微球的影响。结果表明,通过喷雾造粒法将发泡剂与SiO_(2)充分混合形成粗坯颗粒,再利用射频等离子设备对粗坯粉末进行高温烧结,得到空心石英玻璃微球。其中CaSO_(4)、CaCO_(3)发泡剂效果较差,所产生的气体难以留在玻璃微球内部形成中空气泡;而SiC发泡剂效果最好,在射频等离子烧结过程中产生气体,被玻璃液包裹形成空心结构,得到的玻璃微球平均真密度为1.7995 g/cm^(3)。选用菲利华石英块状疏松体作为SiO_(2)原料,当m(SiO_(2))∶m(SiC)∶m(H_(2)O)为100∶3∶300时,可制备出平均真密度为0.72 g/cm^(3)的空心多孔石英玻璃微球。