直流磁控溅射辉光等离子体的Langmuir静电探针诊断

与大连理工大学合作研制了新型Langmuir静电探针。应用研制的静电探针,对氩气直流磁控溅射铜等离子体进行了轴向和径向二维空间内的诊断。诊断结果显示:电子温度随着离靶面距离增大而递减;电子密度在径向和轴向均存在波动;电子能量主要分布在0eV～5eV范围内,高能电子占比例极少。

静电纺丝技术结合荧光探针传感阳离子研究进展

静电纺丝技术可以制备纳米纤维膜,其较大的表面积和较高的孔隙率能够满足超灵敏度传感要求.荧光法已被广泛应用于检测金属离子及小分子,但部分荧光探针受到溶剂影响及较差的灵敏度,限制了其进一步应用.将静电纺丝技术与荧光探针结合开发的传感器可以明显提高传感灵敏度,从而拓宽了荧光探针的应用范围.总结了负载荧光探针的纳米纤维传感器对常见阳离子Zn^(2+)、Ni^(2+)、Al^(3+)、Cu^(2+)、Hg^(2+)、Fe^(3+)等进行荧光识别和检测,为荧光探针在环境、生物、食品中的实际应用提供参考.

基于AIE分子-适配体探针的银离子检测研究

重金属污染是当下严峻的环境问题。传统的水体重金属检测方法存在操作复杂、慢速且高成本的问题,因此,开发一种简单高效、低成本的新型检测技术意义重大。本文以银离子作为检测对象,利用核酸适配体技术和聚集诱导发光(Aggregation-Induced Emission,AIE)技术,将特定的核酸适配体与具有聚集诱导发光效应的阳离子型AIE分子(四苯基乙烯衍生物TPEDPy2CH3I)结合,构建了一种针对水体中银离子浓度检测的新型复合探针体系。该检测方法具有高选择性、快速响应和低检测限等特点,同时也能够为水体中其他重金属离子的检测提供一定的参考和启发。

等离子体的Langmuir探针诊断及数值滤波

Ｌａｎｇｍ ｕｉｒ探针是诊断等离子体荷电粒子参数的重要手段。本文首次报道了用加热的调谐探针，在抑制了对探针的射频干扰和“中毒效应”之后，对探针Ｉ－Ｖ 曲线的统计涨落噪声进行了数字滤波的光滑化处理，获得了射频辉光放电硅烷等离子体的电子能量分布函数，平均能量（温度）和浓度等重要参数。

用Langmuir探针法标定的发射光谱法诊断等离子体电子密度及分布

电子密度是低温等离子体的重要参数之一,仅采用发射光谱或Langmuir探针一种诊断方法,很难测量出该参数及其分布。针对这一问题,提出了用Langmuir探针法标定的发射光谱法,用于诊断等离子体电子密度及其分布。通过对一定长度表面波等离子体源的实验测量,验证了该方法的可行性。对于电子温度变化不大的等离子体,利用本文提出的诊断方法,可以测量出其电子密度及其分布。提出的诊断方法为低温等离子体参数的实验诊断提供了一种新的途径。

Langmuir探针诊断低压氢等离子体电子密度与温度

为研究实验参数对螺旋波诱导的低压氢等离子体状态的影响,用Langmuir探针对等离子体伏安特性曲线进行了原位诊断,采用双曲正切函数的指数变换模型拟合曲线,根据Druyvesteyn方法得到状态参数电子密度、有效电子温度和电子能量几率函数,分析了它们随实验参数的变化规律。结果表明:射频输入功率、气压和约束磁场对等离子体状态有较大影响。随着射频射入功率增大,放电模式发生转变,电子密度跳跃增长;随着气压增大,电子密度先增大后减小,1.5 Pa为最佳电离气压,随约束磁场的增强呈线性增长;有效电子温度随功率和气压的增大而下降,随约束磁场的增强线性降低,电子能量几率函数曲线峰位和高能部分都向低能移动,与有效电子温度变化规律吻合。

基于静电探针诊断下离子源调制放电

介绍了在静电探针测量下,离子源调制放电闭环控制系统设计要求,讨论了该系统的硬件设计、软件设计及其工作原理,给出了部分实验结果。系统成功地应用于实验并获得初步实验结果,为以后中性束注入开展相关物理实验提供可靠保障。

探针体在蛋白质大分子上Langmuir吸附聚集及应用──蛋白质/荧光桃红B(PB)结合反应研究

蛋白质化学是生物化学家当今感兴趣的前沿研究领域. 研究小分子(离子)在生物大分子上的聚集形式以及机理, 帮助人们弄清其污染物及毒物在生物大分子上的结合, 在病理分析、临床检测以及基因变异有重要意义. 常用光谱分析方法包括分光光度法[1～6]、荧光法[7,8]和共振光散射光谱技术(RRS)等[9～12]. 但是, 大分子与探针分子间的结合机理仍存在一些尚未解决的问题[13,14]. 蛋白质分子由于复杂的立体构象形成弱微静电场[15,16], 在其作用下, 带电荷的小分子以单分子层形式被吸附到微相电场表面.

静电探针在高频等离子体风洞中的应用

为了在高频等离子体风洞上开展高超声速飞行器等离子体鞘层的电磁特性研究,研制了一套适用于高频等离子体风洞测试环境的静电探针诊断系统,这是国内第一次采用静电探针对高频等离子体风洞的流场参数进行诊断。该系统具有偏置电压可调、抗干扰能力强、探针性能稳定、高速数据采集等特点。采用该系统对高频等离子体风洞在不同运行功率、不同气体流量下流场核心区域的电子数密度进行了诊断,对相同运行功率和相同流量条件下流场电子数密度沿射流径向的分布进行了测试,并研究了电子数密度随高频等离子体风洞运行功率和气体流量的变化规律。并将诊断结果与网络分析仪微波测量法的数据进行了比对。结果表明,该系统可以很好地满足风洞流场参数的诊断,能够为风洞流场数值建模以及等离子体鞘层电磁特性研究提供可靠的数据支撑。

氙气离子推力器束流等离子体特征参数的Langmuir单探针诊断

离子推力器和航天器的成功整合,需要对羽流-航天器之间可能的相互作用进行全面的评估。为了给二者的整合提供实验依据,设计使用了Langmuir单探针测试系统,对氙气离子推力器束流等离子体参数的空间分布进行了诊断研究。实验中使用栅极表面向外凸出的双栅极Kaufman型离子推力器,真空舱的背景压强为3mPa。与传统静态等离子体不同的是:离子推力器束流等离子体具有很大的定向速度,致使探针电流大幅增加,所以传统静态等离子体条件下的I-V(电流-电位)曲线的解释需要重新考虑并进行适当修正。为了尽量减少定向流对离子饱和电流的影响,实验中选择将Langmuir探针与推力器轴线平行放置。实验结果表明:离子推力器的束流等离子体的悬浮电位、空间电位、离子浓度的变化趋势相似,不同径向位置处的各参数都随着轴向距离的增加而减小。分布图中存在一些参数值较低的特殊点,是因为这些测点并没有位于等离子体束流区域内。通过这些特殊点的轴向和径向坐标,可估计出推力器的束流发散角(16.014°)、栅极半径(在71.3～111.3mm范围之内)、束流形状。

基于单片机的静电探针自动测量系统

介绍了一种基于单片机的静电探针测量系统的实现方法,其原理是采用D/A转换器MAX531及A/D转换器TLC1549实现了静电探针I-V特性曲线的自动测量。对系统的结构特点做了介绍,详细讨论了系统的硬件组成和软件设计,重点阐述了MAX531和TLC1549硬件设计以及与单片机的接口电路,给出了相关参考程序。结合抗干扰技术,提高了系统的可靠性,使得获取数据快速、准确。该系统在实际使用中已取得了良好的效果。

Langmuir双探针诊断Ne辉光放电管电子密度

应用Langmuir双探针诊断理论,对充有氖气的石英放电管中的辉光放电等离子体进行了诊断,通过实验测得伏安特性曲线,计算得出电子温度和电子密度,讨论了等离子体的宏观参量与电子温度和电子密度的关系.采用直径为0.1 mm的探针对等离子体进行诊断,不仅减小了对所测等离子体区域的扰动,而且减小了读取伏安特性曲线所带来的误差.

NBI双潘宁离子源参数的静电探针测量

介绍了静电探针在22cm双潘宁离子源中心等离子体参数测量中的应用。测出了探针的伏安特性曲线,由该曲线求出在弧流为200 A时,电子温度约为6.0 eV,密度约为2×1012cm-3,这对于调整放电控制条件,获得高效率大功率的离子源有重要的参考价值,并且对于今后实现强而且均匀的中性束束流的引出也有着重要意义。

Langmuir探针诊断微波ECR非平衡磁控溅射等离子体

利用朗谬尔探针诊断了ECR非平衡磁控溅射等离子体,给出了微观等离子体参量随宏观工艺参量变化关系。实验测得基片架附近等离子体密度达到1010～1011数量级,电子温度在(5～10)eV之间。随溅射靶功率变化,等离子体密度在130W时取得最大值;同样随微波源功率变化,等离子体密度在功率为850W时也达到最大值。电子温度、等离子体空间电位变化与等离子体密度呈相同趋势。

基于改进小波阈值去噪法处理Langmuir探针信号

在分析软硬阈值去噪特点的基础上,提出一种改进的小波阈值函数。根据Langmuir探针I-V特性曲线的特点,提出一种改进的标准差估算方法来计算小波阈值。采用基于改进标准差和改进阈值函数的小波对探针特性曲线进行去噪,仿真结果表明,改进的方法取得了良好的去噪效果,提高了信号的信噪比,降低了均方误差,去噪效果优于传统阈值去噪方法。

利用静电双探针对辉光放电等离子体诊断分析

阐述了利用Langmuir双探针诊断等离子体参数的基本原理,对圆柱腔中的空气辉光放电等离子体进行了双探针诊断,通过实验测得伏安特性曲线,计算得出等离子体密度和电子温度。分析了密度参数变化与放电电流大小之间的关系。最后将诊断结果与准光腔系统进行比较,二者虽略有差别,但差别不大,且变化趋势一致。验证了采用本双探针系统诊断辉光放电等离子体密度的可靠性。

溅射沉积氢化非晶硅中辉光放电等离子体的Langmuir探针诊断

为揭示磁控溅射辉光放电等离子体参量对Si薄膜沉积过程的本质影响,采用Langmuir探针于不同的靶电流、靶基距和氢分压条件下对直流辉光放电等离子体进行了诊断,分析了直流辉光放电等离子体参量（离子密度、离子流通量、等离子体电势、电子密度、电子温度）的变化规律,并以此为依据探讨了其对Si靶溅射过程和溅射Si粒子输运过程的影响。结果表明：不同靶电流下,距靶面3 cm处等离子体参量中离子密度、离子流通量和电子密度均随靶电流的增大而增大;靶电流为0.5A时,在靶基距从4 cm增大至21 cm过程中,离子密度和离子流通量先增大后减小,均在9 cm处出现峰值;靶基距恒为12 cm时,随氢气流量的增大,离子密度和离子流通量均增大（除氢气流量为45 ml/min（标准状态）时有所下降）。上述各参数下电子温度的变化波动性较大,但电子能量均在15 eV,即高能电子所占比例极小。

片状偏钨极氩弧载流区的静电探针分析

为保证窄间隙焊接钨极的载流能力,采用截面为矩形的片状偏钨极,并通过低扰动静电探针对片状偏钨极氩弧载流区形态及电流密度分布进行分析.结果表明,偏钨极前端斜边倾角在3°～8°时,能够对电流产生有效的导向作用,并造成电流密度分布更加集中;相同焊接工艺参数下与圆柱钨极氩弧相比,片状偏钨极氩弧具有更大的载流区截面积及更小的电流密度;随着焊接电流的增加,载流区将获得更大的电流密度,且在靠近电弧截面中心的区域内电弧能量更加集中.

TIG电弧弧柱机制的静电探针分析

利用自行研制的运动铜丝静电探针,对TIG电弧进行低扰动诊断,测量弧柱区不同位置的电位.结合静电探针与等离子体相互作用机理分析电位波形的形成机制.研究发现,当探针位于电弧的中央区域时,探针与载流等离子体和非载流等离子体发生交替接触,使探针上的电位呈负电位和零电位交替变化.据此提出摆动载流通道TIG电弧模型.在电极的阴极斑点和工件的阳极斑点之间,形成一种直径小于弧柱的载流通道,它以数百赫兹的频率,在电弧内部温度较高的等离子区旋转和摆动,承担所有的电弧电流.而在载流通道没有运动到的外围温度区域,则呈现温度较低的负离子区.

Langmuir探针测量低温等离子体参数特性实验

介绍了Langmuir探针测量等离子体参数特性的实验原理和方法,采用Langmuir单探针诊断了电子回旋共振等离子体参数的分布特性。结果表明,在一定微波功率下,气压增加,等离子体密度趋于饱和。将Langmuir单探针测量等离子体特性实验引入高年级近代物理实验课程的综合创新实验,使得学生在动手实验的过程中接触到物理学科研究前沿领域的技术与知识,激发学生的创新意识和提高创新能力。