低温等离子体技术在材料表面改性中的应用

概述了离子注入、离子刻蚀、离子束沉积等离子体表面处理技术的基本原理和最新进展,重点介绍了低温等离子体表面改性技术在电工和微电子设备中的应用.     

等离子体表面改性玻璃纤维增强的环氧树脂性能研究

本文基于水轮发电机定子绝缘材料的性能,采用介质阻挡放电在空气中大气压下对无碱玻璃纤维进行表面改性实验,考察改性时间对玻璃纤维表面形貌及化学组成成分变化的影响。其次,用不同处理时间下的玻璃纤维掺杂双酚A型环氧树脂,并制备成复合材料,分别测试了复合材料的拉伸、弯曲等力学参数,对比分析低温等离子体改性时间对复合材料力学性能的影响。实验结果表明,经等离子体处理180s后,玻璃纤维表面出现许多刻蚀坑,并且引入了O-C=O含氧官能团,O-C=O基团含量从未处理的0%上升到7.9%,而复合材料的拉伸、弯曲强度也分别提高了30.97%、37.5%。分析表明,低温等离子体的化学刻蚀作用引起的玻璃纤维表面形貌的变化,以及表层极性基团的引入,是玻璃纤维表面活化处理中的主导过程。采用等离子体表面活化后的玻璃纤维增强环氧树脂,可以使复合材料的力学性能得到显著提高。     

CF_4/O_2混合气体ICP刻蚀4H-SiC工艺研究

感应耦合等离子体(ICP)刻蚀是宽禁带半导体材料4H-SiC加工工艺中的重要环节。采用CF_4/O_2作为刻蚀气体,首次用正交实验的方法系统研究了ICP功率、射频(RF)功率、CF_4流量、O_2流量等工艺参数对4H-SiC材料刻蚀速率的影响,结果表明刻蚀速率随ICP功率和RF功率的增大而增大,随CF_4流量先减小后增大,随O_2流量先增大后减小。在ICP功率为500 W、RF功率为125 W、CF_4和O_2流量分别为15 sccm和22 sccm时,获得最大刻蚀速率213.47 nm/min,同时表面均方根粗糙度仅为0.724 nm,保证了较好的表面质量。     

低温等离子体化学毒剂洗消技术研究进展

该文主要探究低温等离子体化学毒剂洗消技术的研究进展.首先指出化学毒剂的种类、危害性以及洗消化学毒剂的必要性,并探讨传统洗消技术和催化剂洗消技术的可行性与发展状况,分析其优势和不足;其次介绍了低温等离子体技术并总结了等离子体射流、介质阻挡放电、微波等离子体等放电形式在化学毒剂洗消中的应用,归纳了等离子体洗消毒剂的反应对象、反应条件、放电时间、降解效率;然后,对等离子体协同催化洗消化学毒剂技术进行了展望,并探讨等离子体洗消化学毒剂机理;最后指出了等离子体洗消技术发展成为大型洗消设备和系统存在的技术难题.该研究对促进低温等离子体技术在化学毒剂中洗消应用具有一定的参考价值.     

等离子体产物溶液中扩散与大肠杆菌杀灭

大气压低温等离子体对微生物的杀灭主要通过紫外线、高能粒子刻蚀、强反应活性物质等效应实现。当利用等离子体杀灭水溶液中微生物时,由于液体的阻隔,紫外线与离子刻蚀的作用非常微弱,杀灭作用主要依靠水溶液中的活性物质。该研究利用介质阻挡放电等离子体处理水溶液中的大肠杆菌,通过菌落稀释计数法比较等离子体对不同深度细菌的杀灭效果,并使用pH指示剂可视化研究长寿命酸性物质扩散过程,探究长短寿命活性粒子对杀灭效果的不同影响。实验结果发现,即使将等离子体作用从1 min延长到10 min,等离子体也只能即时杀灭水溶液表层的大肠杆菌,且杀灭效果与长寿命活性物质的扩散深度无关;而溶液深层大肠杆菌的杀灭需要在等离子体处理后静置溶液一段时间,也能抑制甚至杀灭溶液中的大肠杆菌。短寿命活性物质对细菌有强烈快速的杀灭作用,但其在溶液中的寿命和扩散距离都很短,杀灭作用的有效距离有限;长寿命活性粒子虽然能作用于更大水体,但需要较长作用时间,无法做到即时迅速的杀灭。该研究对低温等离子体在不同场合的消毒运用提供了实验基础和设计参考。     

矩形平面直流磁控溅射装置端部磁场分析

矩形平面直流磁控溅射装置在运行过程中,由于端部区域磁场弱于直道区域磁场,在靶表面对角线位置上容易出现反常刻蚀.通过对这种现象进行分析,该文对反常刻蚀的发生机理提出了新的观点,认为反常刻蚀的发生是由于电子由弱磁场区域向强磁场区域漂移的过程中,电子距靶表面的距离不能够随磁场变化而迅速改变,存在较长的过渡状态.进一步发现在磁体弯道区域沿圆周方向磁场分量的存在是导致弯道区域刻蚀跑道压缩以及跑道内侧刻蚀较快的重要因素.该文研究了不同的磁体初始设计结构对磁场的影响,通过对现有磁体磁场的三维计算分析,提出了磁场的改进原则,并对具体的磁场改进措施进行了研究.通过对现有不同磁场校正方法的比较,提出了一种应用铁块和永磁块对装置端部区域磁场进行校正的新方法.通过对改进后装置的磁场分布进行计算,该文提出的改进措施可以把沿跑道磁场的均匀度控制在5%左右,并且可以削弱沿圆周方向的磁场分量.     

锅炉等离子体点火燃烧系统的优化运行

对中电荔新电厂电站锅炉等离子体点火燃烧系统进行了介绍.采用支持向量机对实际运行数据进行判断分类,建立锅炉等离子体点火燃烧系统的运行判断模型,利用该分类判断模型对等离子体点火燃烧系统进行分析,并控制等离子体点火燃烧系统的运行参数,从而保证锅炉的安全稳定运行.     

等离子体射流的推进机理

作为一种应用前景广阔的新兴等离子体源,大气压下非平衡等离子体射流在近10年的研究中取得了很大进展。为了更有效地利用等离子体射流,人们对其物理机理展开了深入研究,其中等离子体射流的传播机理尤其令人关注。一般认为等离子体射流的传播是受电场驱动的,但是最新的研究表明还存在另外一种驱动方式,即流体驱动。分别对以上两种驱动方式下射流传播的特点和影响因素进行了概述,并对电场驱动等离子体射流传播的空间特性、时间特性、极性效应,以及光电离的作用进行了讨论。流体驱动的等离子体射流与电场驱动的等离子体射流有着完全不同的传播过程,这种射流的传播是通过气流驱动的,具有推进速度相对较低,对电场不敏感等特性。最后,该文对大气压非平衡等离子体射流的传播机理中尚未解决的问题,以及未来的研究方向作了展望。     

大气压非平衡等离子体诊断:激光散射

大气压非平衡等离子体在表面改性和杀菌消毒等领域等具有广泛的应用.为了增强对其物理机制的理解,电子数密度和温度、气体动力学温度和分子转动温度等关键参数的测量必不可少.激光散射是对这些参数进行诊断的常用技术,该文将针对大气压非平衡等离子体诊断中的激光散射诊断进行了较为详细的评述.首先对瑞利散射、汤姆逊散射和拉曼散射这3种类型的激光散射进行了基本的介绍,推导了相应的计算式.随之总结归类了目前己报道过的3种的散射诊断策略,分别为:三光栅光谱仪、布拉格光栅滤波器和物理掩膜结合单光谱仪结构,并对这3种诊断策略的优缺点进行了归纳.分析讨论了近些年散射诊断应用在大气压非平衡等离子体中的研究成果,讨论了激光散射的研究方向.基于此凝练了激光散射在大气压非平衡等离子体中实现成功诊断的核心技术问题,这对拓展激光散射在等离子体诊断中的应用范围具有一定的指导意义.     

等离子体流动控制与点火助燃研究进展

等离子体流动控制与点火助燃在改善飞行器气动特性与推进效能方面具有广阔前景,为此主要综述了国内外等离子体流动控制与点火助燃的研究现状,并对未来发展中的关键科学与技术问题进行展望。等离子体流动控制研究方面,介质阻挡放电、电弧放电等离子体气动激励原理与特性,以及等离子体气动激励抑制分离流动、减弱激波强度的原理取得重要进展;推迟附面层转捩、抑制激波/附面层干扰成为新的研究热点;部分技术已转向关键技术攻关。等离子体点火助燃研究方面,实现了缩短点火延迟时间、改变火焰稳定模式、低温点火等显著效果;发现了氧原子的主要产生渠道及其助燃机制、NOx对点火的催化效应;建立了简单碳氢燃料的等离子体助燃模型;部分技术已经应用。等离子体流动控制与点火助燃的未来发展将呈现交叉融合的趋势,在机理研究层面,将发展新的等离子体产生方式,建立多时间、空间尺度的原位测试与耦合模拟方法,揭示等离子体对流动和燃烧的作用机制,提升高速、高压等复杂环境下的流动控制与点火助燃效果;在技术研究层面,将进一步突破小型化高效电源、长寿命等离子体激励器等关键技术,提高技术成熟度。