大气压纳秒脉冲裸电极放电的粒子模拟研究

大气压纳秒脉冲放电由于能量利用率高、可以生成多种活性粒子且容易形成均匀的放电等优势,在等离子体环境、医学等应用方面具有广阔的前景。为此借助于粒子模拟方法,研究了在裸电极条件下,纳秒脉冲放电的演化过程及放电机理。由于电极表面没有覆盖介质,在脉冲电压施加过程中,只能观察到一次放电,放电电流一般在电压下降沿开始时刻附近达到最大值。在电压上升沿及坪区阶段,鞘层电场持续增强,鞘层厚度逐渐变薄,电子能量概率分布函数存在明显的高能尾部,电子与离子数密度可以达到很高的数值;放电的熄灭主要是由于脉冲电压的下降造成的,即使在脉冲电压下降阶段,由于前面阶段放电剧烈鞘层电场非常强,碰撞电离依旧可以持续一定的时间。通过粒子模拟研究脉冲电压驱动的裸电极放电,并与相应的介质阻挡放电比较,有助于深化对纳秒脉冲激励的放电演化过程与内在机理的认识。     

基于介质阻挡放电的等离子体除冰实验研究

通过放电测试、热像测试和静态除冰实验,探索基于不同介质阻挡放电形式的等离子体除冰效果及机理,为提高等离子体激励的除冰能力提供参考。结果表明,纳秒脉冲介质阻挡放电的放电通道长,作用范围广,单周期能量为交流正弦波介质阻挡放电的50%。介质阻挡放电激励器高低压电极交界处温度最高,产热区域主要位于低压电极上方。交流正弦波介质阻挡放电主要以介质层产热来除冰,可以更快地突破冰层的潜热,融化冰层的方式为"线状"扩展,加热范围大但温度低;纳秒脉冲介质阻挡放电在除冰过程中能够产生等离子体,融化冰层方式为"点状"扩大,加热范围较为集中且温度高,其静态除冰性能优于交流正弦波介质阻挡放电;冰层厚度越小,激励电压越大,除冰效果越好。     

激励器参数对纳秒脉冲表面滑闪放电特性影响

利用三电极激励器结构,通过纳秒脉冲叠加负直流激励方式产生表面滑闪放电。研究电极间距、阻挡介质材料及其厚度对纳秒脉冲表面滑闪放电电气及光学特性的影响,并分析基于三电极激励结构的表面介质阻挡放电模式转换规律。实验结果表明,不同电极间距下纳秒脉冲表面滑闪放电电压激发差值不同,随着电极间距增大,电压激发差值逐渐增大,而介质表面平均电场强度先增大后减小,电极间距为25mm时为最优值,能在较低的电压激发差值条件下产生较高能量。此外,表面滑闪放电在不同电极间距条件下均存在3种放电模式,随着激励器电压差值的增大,放电模式由典型表面介质阻挡放电逐渐转变为表面滑闪放电,并最终转变为火花放电。介电常数较低的阻挡介质材料沉积能量较多,而介质厚度对表面滑闪放电电压激发差值影响较小,但激励器厚度较小时消耗的功率相对较大,能量利用率较低,不利于获得大面积等离子体。     

纳秒和微秒脉冲激励表面介质阻挡放电特性对比

表面介质阻挡放电(DBD)在气体流动控制方面有着巨大的应用前景。利用自制的纳秒和微秒脉冲电源进行表面DBD实验,比较了电压幅值、介质厚度、电极水平间距等对两种激励下表面DBD电特性的影响并进行了分析。实验中两种电源激励的表面介质阻挡放电能量均在mJ量级,上升沿瞬时最大功率达到几十kW。实验结果表明:在脉冲上升沿有多次放电,微秒脉冲上升沿放电次数比纳秒脉冲多;随着电压幅值上升,放电次数减少;介质越薄,放电越激烈,能量越大;电极水平间距对表面DBD放电有影响,间距0 mm时能量消耗最大;施加脉冲电压频率越大,放电等离子体的亮度越大;微秒脉冲放电的等离子体区域要大于纳秒脉冲放电。     

纳秒脉冲电源作用下沿面介质阻挡放电等离子体特性参数的仿真计算

为了深入探究纳秒脉冲电源作用下沿面介质阻挡放电等离子体特性参数的演化规律,揭示其作用机理,文中搭建了纳秒脉冲电源作用下非对称结构沿面介质阻挡放电等离子体光电特性实验测量平台,并在此基础上建立了放电集总参数等效电路模型,通过对比实验推理和仿真计算分别得到的放电电流以及电子密度参量,证明了模型的有效性。文中通过该模型计算得到了介质表面电压、气隙电压以及电子温度等等离子体特性参数随时间的变化关系,并进一步研究了电源斜率对大气压沿面介质阻挡放电电流的影响。得到的主要结论为:单极性纳秒脉冲电源作用下,在脉冲上升沿存在二次放电,在下降沿存在反向放电过程,电子温度与电子密度高达8.3 e V和2.7×10~(18)m~(-3),电源斜率对放电有重要的影响,随着电压上升率增加,第1次放电的电流增大。放电时刻提前,但是对应的第2次放电电流略有减小,下降率的增加则对应着第2次放电电流幅值的增加,第1次放电的电流则略有减小,研究结果为深入分析激励器放电特性,提高等离子体发生器效率提供参考。     

介质阻挡放电等离子体中的电子碰撞能量转换过程

通过计算建立的介质阻挡放电等离子体动力学模型,分析了等离子体中电子碰撞过程中的电子能量转换过程,为掌握等离子体强化燃烧机理奠定基础.结果表明:介质阻挡放电等离子体中的电子能量分布函数主要受约化场强的影响;随着约化场强的变化,电子能量损失于不同碰撞类型的比例不同,且在实验中常用的100～300Td之间,电子能量主要损失于...     

大气压N2-O2混合气纳秒脉冲表面介质阻挡放电建模仿真

大气压N2-O2混合气ns脉冲表面介质阻挡放电(SDBD)机理是等离子体气动激励与流动耦合作用机制研究的重要内容。为此,耦合等离子体化学反应动力学方程和考虑能量的等离子体漂移-扩散方程组,建立了大气压下N2-O2混合气ns脉冲放电的2维模型。考虑15种粒子、对应的电子碰撞反应以及35个化学反应过程,得到了SDBD的伏安特性、电荷分布和能量分布。综合分析电荷及电子能量分布结果表明,高能电子撞击是产生离子的主要方式,而低能电子的累积和离子在电场驱动下的定向运动是使放电呈现非平衡的重要原因。将计算结果与实验获得的伏安特性数据、放电形态和光谱分析结果进行了比照分析,发现2者比较相符,验证了模型的可靠性。     

SDBD等离子体中正、负离子的动量传递效率

为研究表面介质阻挡放电(SDBD)等离子体体积力密度的产生机理,采用粒子图像测速技术测量了SDBD激励器的诱导射流。发现采用正极性纳秒脉冲激励时诱导射流从植入电极指向暴露电极,与一般交流激励SDBD诱导射流方向相反,说明负离子对体积力密度的产生具有重要影响。同时,数值模拟了正极性纳秒脉冲激励下SDBD放电过程,得到了正离子、负离子和电子浓度分布随时间的演化情况;计算了正离子、负离子产生的时均体积力密度,发现整个脉冲放电周期内负离子数密度一直低于正离子,其产生的体积力密度绝对值远小于正离子情况,与实验结果进行对比表明负离子动量传递效率要远高于正离子,正离子的动量传递效率应低于37.9%。电流计算结果表明,放电过程中出现了2个连续正向放电和1个反向放电。     

空气中纳秒脉冲均匀介质阻挡放电研究

大气压空气中均匀介质阻挡放电具有广泛的应用前景,实现均匀放电是介质阻挡放电应用关键之一,因而利用上升沿40ns,脉宽70ns的重复频率纳秒脉冲电源激励在大气压空气中产生介质阻挡放电,介绍了纳秒脉冲均匀介质阻挡放电的电特性和放电图像及放电发射光谱,获得了2ns曝光时间的高速摄影放电图像。发现空气中1mm气隙距离下可以实现均匀放电,气隙距离增加至4mm时放电转变为明显的丝状放电,通过观察发射光谱显示等离子体谱线主要是来自400nm以下的氮分子第二正系。结果证实了大气压空气中利用ns脉冲激励可以产生稳定介质阻挡放电,且能实现均匀放电,是典型非平衡态低温等离子体。     

大气压氦气多脉冲辉光放电径向光学演化过程

介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)的径向演化及其影响因素对研究低温等离子体的机制具有重要的参考价值。采用铟锡氧化物(indium tin oxide,ITO)透明电极,进行了大气压氦气介质阻挡三脉冲辉光放电试验,利用增强型电子耦合器件(intensified charge-coupled device,ICCD)拍摄放电的侧面短时曝光照片来诊断放电模式,拍摄放电的底面短时曝光照片并绘制其发光灰度值在电极表面的三维分布图来研究放电的径向演化过程。结果表明:放电首先在圆形电极的边缘区域发生,逐渐向电极中心发展,最后又转向电极边缘并逐渐减弱;随着电流脉冲次序的增加,放电在电极中心发展越来越充分;电极结构的限流作用同外施电压和介质表面电荷一样,对径向位置上不同时刻的放电演化过程起着重要作用。     

DY－5型亚微米电子束曝光机电子光学柱的一些问题

本文概要地比较了扫描电镜和电子束曝光机二者电子光学柱的异同。介绍了把一台ＡＭＲＡＹ系列电镜的电子光柱改造成ＤＹ－５型电子束曝光机电子光学柱所做的工作。最后给出了一组试验结果。     

电子束曝光系统的信号检测与处理技术

本文叙述了应用于可变矩形电子束曝光系统中的几种信号检测和处理技术以及在调试过程中的应用，简单介绍了系统工作时信号间的相互关系。     

有机太阳电池面临的机遇、问题和对策

在比较有机太阳电池与无机太阳电池不同工作原理的基础上,详细分析了限制有机太阳电池效率提高的瓶颈因素,结合介绍最新进展,指出了解决途径.并对未来发展趋势进行了展望.     

Surface Structure of Oxygen Annealed Donor Doped SrTiO3(100) Single Crystals Studied with Spectroscopic Electron Microscopy

Heating 5at.% (on A-site) La-doped SrTiO₃(100) single crystals in an ambient atmosphere at 1300°C for 120 h results in the formation of insulating islands on top of the surface with typical dimensions of up to 50 m. The islands and the surface between them were investigated by spectroscopic Metastable Impact Electron Emission Microscopy (specMIEEM) and Photoelectron Emission Microscopy in order to determine its electronic and geometric structure.The comparison of specMIEEM results with MIES (Metastable Impact Electron Spectroscopy) spectra from stoichiometric SrO shows that the insulating islands, which most likely consist of SrO, are at least partly covered by another species, probably SrO₂. All these islands are surrounded by 2–3 m wide haloes. The electronic structure of these haloes is quite different from that of SrO and SrTiO₃ but similar to the electronic structure of TiO₂ or Ti₂O₃. It is suggested that the depletion of SrO from Ruddlesden-Popper (Sr _{n + 1}Ti _n O_{3n + 1}) phases results in the formation of SrO islands.     

空气放电中电子输运参数的计算与分析

为了求解空气放电中电子的各种输运参数,详细介绍了通过Boltzmann方程计算气体放电参数的数值算法。进而分析了约化电场(E/nair)对电子能量分布函数的影响,电子扩散系数、迁移率与约化电场的关系,电离反应系数与电子平均能量的关系。仿真结果表明,随着约化电场强度不断增加,电子能量分布函数中最大比例电子数向能量增加的方向移动;电子的扩散系数和迁移率与其他研究者的实验数据基本一致,误差<10%;电子平均能量>2eV时,电离反应系数与Maxwellian分布函数的电离反应系数基本保持一致,证明该计算模型的合理性,为建立可靠的等离子体流体模型奠定良好基础。     

电子束焊接技术的特点与应用

本文简介电子束焊接技术的特点、装置的类型与生产应用概况。     

EBW－4G系列齿轮电子束焊机的技术发展

由中科电气电子束部研制的ＥＢＷ－４Ｇ系列电子束焊机是适应大批量连续生产要求的齿轮专用电子束焊机。自１９８６年问世以来，已在十多个单位得到应用，获得了良好的经济效益和社会效益。本文对ＥＢＷ－４Ｇ系列焊机的技术发展作一简单介绍。     

中频真空电弧的等离子体特性

目前应用于未来多电和全电飞机（电流频率360～800Hz）的中频真空开关正成为研究热点,中频真空电弧理论的研究正不断深入。分析了电弧等离子体连续光谱的辐射理论,在假定中频真空电弧处于部分局部热力学平衡态（partial local thermodynamic equilibrium,PLTE）的基础上,结合实际光学通路的简化模型,得到通过双波段窄带连续光谱测量电子温度和电子密度的方法,然后设计了中频真空电弧的参数测量系统实现上述过程。该系统由添加了双波段窄带滤光片的彩色数字电荷耦合器（change．coupleddevice,CCD）摄像机和电弧图像数据分析程序组成,能够同时拍摄电弧图像并获取所需数据。在对光学通路模型进行标定后,利用该系统观测了中频（400、650和800H而电弧形态的演变,并测量了真空电弧的电子温度和电子密度,结果表明理论分析和实验过程有效。中频情况下,电弧主要呈现过渡态电弧和扩散态电弧2种形态。过渡态电弧演变迅速,并在电流峰值时刻转变为扩散态电弧。有效值约为8kA的中频电流在峰值时刻电子温度处于0．5～3eV之间,而电子密度量级为10^20-10^21 m^-3,这些与其他学者得到的电弧等离子体参数相符。     

基于电子激励解吸附原理的二次电子崩假说

系统阐述了基于电子激励解吸附原理的二次电子崩假说的核心论点,即绝缘体表层气体解吸附是导致闪络发生的关键,分析了假说中的阴极三结合点场致电子发射、二次电子崩产生、二次电子发射系数δ、绝缘体表面电荷、绝缘体表面气体解吸附等因素在闪络过程中的作用。     

同步轨道SAR电离层影响分析与仿真研究

针对电离层对L波段同步轨道合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）的影响,提出了一种基于四维电离层电子浓度数据进行同步轨道SAR电离层影响仿真的方法.主要针对同步轨道SAR信号相位超前导致的图像偏移、分辨率下降、脉冲展宽、峰值旁瓣比下降等成像因素进行了分析,利用IRI模型计算得到四维电离层电子浓度数据,进行不同电离层状态下的同步轨道SAR性能影响分析.给出电离层TEC缓变、阶跃变化、冲激变化、连续快速变化几种情况下同步轨道SAR成像数值仿真结果,验证理论分析的正确性,并分析每种电离层情况下是否需要校正.结果表明,电离层对同步轨道SAR距离向信号影响非常严重,对方位向信号的影响大多数情况下可以忽略.