圆柱形阳极层霍尔推力器的内磁极刻蚀研究

本文重点研究引起圆柱形阳极层霍尔推力器的内磁极刻蚀的入射离子能量和入射角分布,仿真中考虑入射离子能量和入射角分布大小的变化,进而得到相应的刻蚀速率。由仿真结果可知,放电电压400 V,阳极表面磁场强度175×10~(-4)T,中心最大刻蚀速率为3×10~(-9)m/s。磁场提高到205×10~(4)T时,中心附近刻蚀速率增加到原来的1.3倍左右,边沿处的刻蚀速率基本相同。在175×10~(-4)T的磁场强度时,把放电电压从400提高到600 V时,中心附近的刻蚀速率从3×10~(-9)提高到12.1×10~(-9)m/s,刻蚀速率增加了4倍多。此仿真结果与150 h的实验结果一致。此研究方法和结果有助于圆柱形阳极层霍尔推力器的设计和寿命评估工作。     

空心内磁极圆柱形阳极层霍尔推进器溅射仿真北大核心CSCD

溅射对圆柱形阳极层霍尔推进器的稳定运行和寿命具有不可忽视的影响。为了研究D-80空心内磁极圆柱形阳极层霍尔推进器的磁极溅射程度,建立了D-80圆柱形阳极层霍尔推进器的三维全粒子PIC/MCC模型,利用VORPAL仿真软件对D-80圆柱形阳极层霍尔推进器放电-溅射过程进行了仿真,得到了离子轰击到内、外磁极上的入射能量,入射角度的概率分布,分析了溅射粒子在不同放电功率、磁场和气压下的变化规律。仿真结果表明:离子溅射全部发生在内、外磁极的表面上,轰击内磁极的离子能量平均值和入射角都小于轰击外磁极的离子入射能量和入射角,但内磁极的内、外径表面上溅射程度最严重,与实验中磁极溅射形貌一致;高放电电压和高气压下,溅射程度更严重,并且与实验结果一致。     

空心内磁极圆柱形阳极层霍尔推进器溅射仿真

溅射对圆柱形阳极层霍尔推进器的稳定运行和寿命具有不可忽视的影响。为了研究D-80空心内磁极圆柱形阳极层霍尔推进器的磁极溅射程度,建立了D-80圆柱形阳极层霍尔推进器的三维全粒子PIC/MCC模型,利用VORPAL仿真软件对D-80圆柱形阳极层霍尔推进器放电-溅射过程进行了仿真,得到了离子轰击到内、外磁极上的入射能量,入射角度的概率分布,分析了溅射粒子在不同放电功率、磁场和气压下的变化规律。仿真结果表明:离子溅射全部发生在内、外磁极的表面上,轰击内磁极的离子能量平均值和入射角都小于轰击外磁极的离子入射能量和入射角,但内磁极的内、外径表面上溅射程度最严重,与实验中磁极溅射形貌一致;高放电电压和高气压下,溅射程度更严重,并且与实验结果一致。     

阳极层霍尔推力器的阳极分段形式对束流分布的影响

由于圆柱形阳极层霍尔推力器的阳极分段形式会影响到推力器内电势的分布,进而影响到推力器内放电等离子体中电子的运动形式和工质的电离率。本文主要从实验和仿真模拟两个方面来分析不同的阳极分段形式(单段阳极、两分段阳极、三分段阳极和四分段阳极)在同样的工作条件下,对离子束流分布的影响。通过结果分析来指导阳极的结构设计。由结果可知两分段阳极时的离子束电流和离子束能量较高。在束流直径35mm内的四种阳极分段形式下的束流电流分布有一定的差别,其他位置基本相同。900V的放电电压下,两分段阳极下的束流能量分布比三分段阳极的整体上均高32e V左右,比单阳极和四分段阳极高20e V左右(除去中轴线和边沿附近)。此研究结果对圆柱形阳极层霍尔推力器的阳极设计提供了可靠的理论依据。     

电磁场对阳极层霍尔推力器电离效率的影响

推力器的电离效率直接影响到推力器的功率、比冲以及推力等重要工作参数,本文主要利用PIC模拟得到阳极层霍尔推力器放电等离子体的平均电子能量以及电子、离子数比率随电磁场变化规律,由此分析电磁场对推力器电离效率的影响情况。由结果可知,平均电子能量在放电电压750 V之前逐渐增加,而后又降低;磁感应强度B小于170×10~(-4) T时,平均电子能量随磁场的增加而增加,之后随磁场的增加而降低。在放电等离子体中离子的比率随着放电电压的增加而增加,在800 V之后略有降低,电子比率的变化和离子比率的变化是个相反的过程。随着磁场的增加离子数比率基本上是一个降低趋势,而电子比率是逐渐增加的。通过平均电子能量、电子和离子比率与E/B之间的关系,得到最佳E/B比值大约为1.6×10~6 m/s。     

阳极层霍尔等离子体加速器内的二维磁流体模拟

利用二维磁流体动力学模型,对我们自行设计的圆柱形霍尔等离子体加速器通道内的放电等离子体进行数值模拟计算,得到了通道内的电子密度、离子密度等分布.从计算的结果看出电子密度和离子密度主要集中在阳极附近,在加速器内通道的上游离子的数密度很快的增加到最大值4 × 1015/m3,在加速器内通道的上游电子的数密度7×1013/m3,说明离化主要发生在阳极附近,霍尔等离子体加速器出口处离子流密度的分布是双峰分布,电势梯度在阳极附近比较大.通过和PIC方法计算的结果还有试验比较看出大体具有一致性.     

不同磁感强度下LIPS-200离子推力器放电室性能的研究

离子推力器放电室内永久磁铁产生的磁场大小及分布对提高放电室放电效率和约束等离子体起着非常重要的作用。利用离子推力器性能模型并结合试验测得的束流离子生产成本,分析放电室内磁感强度大小对LIPS-200离子推力器放电室性能的影响。数值计算结果显示永久磁铁厚度增加1mm,放电室内的磁感强度从原来的5．0×10^-3～3．0×10^-2T增加至1．0×10^-2-5．0×10^-2T。理论分析结果显示磁感强度增加50％,原初电子平均约束时间增加49．9％、原初电子和中性气体之间的碰撞概率增加6．9％、离子损耗减小64％、束流离子生产成本降低18．1％、推进剂利用率提高7．4％。放电损耗、推进剂利用率与磁感强度大小呈线性关系。该研究能够为今后离子推力器设计提供一定的参考。     

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。     

CF4/Ar等离子体刻蚀中入射角对SiO2刻蚀速率的影响

在CF4/Ar的感应耦合等离子体中,用"法拉第筒"式的方法研究了SiO2刻蚀速率与不同离子入射角度之间的关系.在所施加的-20～300V射频偏压范围内,SiO2基片的归一化刻蚀速率(NER)呈现两种情况,当偏压值＜100V时,归一化刻蚀速率的大小与基片倾斜角度θ符合余弦曲线规律;当偏压值＞100V时,θ在15°～60°范围内,归一化刻蚀速率的大小在大于相应的余弦值,θ＞60°时归一化刻蚀速率快速下降,在90°附近SiO2表面出现聚合物沉积.θ＜60°时,SiO2的表面刻蚀主要决定于入射离子与基片表面间的能量转换,转换能量的大小深刻地影响着SiO2的刻蚀速率,同时也影响形成于基片表面的碳氟聚合物的去除速率.     

单栅脉冲反应离子束刻蚀二氧化硅实验研究北大核心CSCD

为了提高刻蚀速率及降低刻蚀表面均方根粗糙度,文章采用脉冲引出单栅极反应离子源实验研究了SF_(6)/Ar离子束刻蚀二氧化硅过程中,气体比例、射频功率、气体总流量、脉冲偏压电源的占空比、入射角对刻蚀速率、均方根粗糙度的影响规律。结果表明,在不同条件下,射频功率对刻蚀速率、均方根粗糙度的影响规律是不同的;SF_(6)气体占比越高,刻蚀速率相对越大;随着气体总流量的增加,刻蚀速率逐渐增加,均方根粗糙度变化较小;在脉冲偏压电源的占空比较小的情况下,刻蚀速率比较稳定,均方根粗糙度比较小;入射角在不大于60°时,刻蚀速率变化较小,均方根粗糙度变化比较大;入射角大于60°时,刻蚀速率、均方根粗糙度明显减小。     

四肢骨关节磁共振成像系统的计量校准方法探讨

<正>本文参考IEC62464-1:2007《医用磁共振成像设备主要图像质量参数的测定》,简单介绍四肢骨关节磁共振成像系统的计量校准方法。一、校准用标准器磁场强度计,测量范围:0~3.4T,最小分度值为1×10~(-6)T。四肢骨关节磁共振专用评价模体,模体由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料制成,外形尺寸符合四肢骨关节磁共振线圈的要求,为圆柱形,模体直径10cm,高15cm。模体包含均匀性插件、空间分辨力插件、空     

环型离子推力器放电室参数对推力器性能的影响

环型离子推力器放电室参数对其推力和比冲等具有显著影响.利用基于混合宏粒子(Hybrid-PIC)解耦迭代算法,对环型离子推力器稳态放电过程进行了三维仿真模拟,发现放电室参数对推力器的推力、比冲、放电损耗、电离率以及放电室出口处离子分布均匀性均会产生影响.研究结果表明,增大环型离子推力器阴极长度,会使原初电子和等离子体在...     

低能斜入射离子束诱导单晶硅纳米结构与光学性能研究

为了研究低能Ar+离子束在不同入射角度下对单晶硅表面的刻蚀效果及光学性能,使用微波回旋共振离子源,对单晶Si(100)表面进行刻蚀,采用原子力显微镜、非接触式表面测量仪和傅里叶变换红外光谱仪对刻蚀后硅片的表面形貌、粗糙度和光学透过率进行了测量.实验结果表明:当离子束能量为1000 eV、束流密度为265μA·cm-2、刻蚀时间为30min时,离子束入射角度从0°增加到30°,样品表面出现条纹状结构.入射角度在0°～15°,随着角度增加,样品表面粗糙度增加,条纹周期减小,光学透过率提高;而在15°～ 30°范围内,随着角度增加,粗糙度开始减小,条纹周期增大,同时光学透过率降低.继续增加入射角度,条纹状结构逐渐消失,入射角度到45°时,粗糙度和光学透过率达到最小值;增加入射角度到55°,样品表面出现自组织点状结构,表面粗糙度急剧增大,光学透过率随着角度增加开始增加;继续增加离子束入射角度到80°,表面粗糙度和光学透过率继续增加,样品表面呈现出均匀有序的自组织柱状结构;此后,随着入射角度的增加,表面粗糙度又开始减小,光学透过率降低.自组织条纹结构到柱状结构的转变是溅射粗糙化和表面驰豫机制相互作用的结果.     

钛合金脉冲阳极氧化膜抗电偶腐蚀性能及机理

为了有效提高钛合金阳极氧化膜抗电偶腐蚀的性能,在300～400 g/L H2SO4,50～120 g/L H3PO4溶液中,在电流密度2～3 A/dm2和温度0～10℃下,采用脉冲阳极氧化技术制备了一种抗电偶腐蚀的钛合金阳极氧化膜,并采用电化学技术对该阳极氧化膜的抗电偶腐蚀机理进行了讨论.结果表明:该阳极氧化膜为厚度2～3 um的多孔膜;阳极氧化后,TC6钛合金的开路电位从-207 mV(vs SCE)上升到132 mV(vs SCE),腐蚀电流密度从2.3×10-2uA/cm2下降到1.4×10-3uA/cm2,表面膜的极化电阻从2.647×105Ω上升到6.109×107Ω,表面膜的膜电阻从543.8 Ω上升到1 790.0 Ω;电偶腐蚀测量则表明,阳极氧化降低钛合金电偶腐蚀电流1/5以上,其电偶腐蚀的敏感性达到了B级.脉冲阳极氧化膜能有效提高钛合金抗电偶腐蚀性能.     

X65管线钢在沉积物下腐蚀与缓蚀剂作用效果

通过电化学阻抗谱和动电位扫描法研究X65管线钢在含氧氯化钠溶液中沉积物对电化学参数的影响。采用电阻法(ER)结合零电阻电流计(ZRA)研究X65钢在沉积物覆盖下的电偶腐蚀行为与不同浓度有机膦缓蚀剂的作用效果。结果表明:X65钢在SiO_2沉积物覆盖时腐蚀电位负移,腐蚀速率降低。当有沉积物覆盖与无沉积物覆盖的电偶试片相连时,X65钢在沉积物下发生阳极极化,阳极电偶电流密度在18h内由120μA/cm~2衰减到50μA/cm~2并保持稳定。依次加入5×10~(-5),8×10~(-5)和3×10~(-4)浓度的PBTCA后,电偶电流在最高升至1300μA/cm~2后逐渐下降并稳定在610μA/cm~2附近,沉积物下X65钢腐蚀速率达到6.11mm/a,PBTCA加速了X65钢在含氧溶液中沉积物下的腐蚀。通过对试片表面进行观察,沉积物下X65钢表面发生了严重的局部腐蚀。     

AFM峰值力轻敲模式下石墨烯与迈科烯结构稳定性的比较

本工作通过原位原子力显微镜Peak force tapping模式对石墨烯和迈科烯(MXene)的结构稳定性进行了比较.当原位观察二维材料还原氧化石墨烯(rGO)时,rGO形貌基本不随时间发生改变;而当原位观察二维材料迈科烯V2 C时,V2 C表面发生纳米刻蚀现象,其形貌表面积随扫描时间逐渐减小.利用数据处理软件分析面积变化,计算出纳米刻蚀的速率,发现增大峰值力,平均纳米刻蚀速率随之增大,且在大气环境中的刻蚀速率大于在手套箱(Ar气氛围,H2 O和O2含量小于1×10-6)中的速率,说明大气中的水分对材料的稳定性有影响,会加快纳米刻蚀的速率.本研究表明原子力显微镜Peak force tapping模式可以用来快速表征二维材料的稳定性.     

固体氧化物燃料电池新型钙钛矿La_(0.9)Ca_(0.1)Fe_(0.9)Nb_(0.1)O_(3-δ)阳极的制备及其性能研究

Ni-YSZ作为固体氧化物燃料电池(SOFCs)的传统阳极具有良好的催化性能,但存在碳沉积、抗氧化还原能力差及硫毒化等问题,因此钙钛矿型材料以其良好的催化活性及耐H_2S毒化能力而成为研究热点。为此,本工作开发出了一种新型的Nb掺杂Fe基钙钛矿阳极材料La_(0.9)Ca_(0.1)Fe_(0.9)Nb_(0.1)O_(3-δ)。Fe位引入Nb显著地提高了材料在高温还原气氛中的结构稳定性,而对材料的热膨胀行为影响很小,掺杂前后材料的热膨胀系数分别为11.67×10~(-6)K~(-1)和11.57×10~(-6)K~(-1)。掺入Nb提高了阳极材料在还原气氛中的电导率,该材料在800℃时氢气中的电导率为1.95 S/cm。测试结果表明,La_(0.9)Ca_(0.1)Fe_(0.9)Nb_(0.1)O)(3-δ)阳极在H_2和CO中均表现出优异的放电性能,在800℃时放电功率分别达到539和491 m W/cm~2,电池在CO中放电200 h性能无衰减,显示出很好的长期稳定性。研究表明La_(0.9)Ca_(0.1)Fe_(0.9)Nb_(0.1)O_(3-δ)是一种极具应用前景的新型钙钛矿阳极材料。     

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。     

聚丙烯酸钠/ZnO复合缓蚀剂对6061铝合金在碱性电解液中电化学活性和放电性能的影响

为了抑制铝-空气电池阳极的自腐蚀速率、提高其放电性能，选用6061铝合金作为阳极材料，研究了单独添加和复合添加聚丙烯酸钠(PAAS)和氧化锌(ZnO)对铝合金在4 mol/L NaOH溶液中自腐蚀及放电性能的影响。结果表明：PAAS/ZnO复合缓蚀剂的缓蚀效果强于单一缓蚀剂。复合缓蚀剂在促进阳极活化的同时，在铝阳极表面形成了更加稳定的复合保护膜，有效减缓了阳极的析氢自腐蚀，提高了阳极利用率。在NaOH+PAAS+ZnO电解液体系中，6061铝合金的溶解主要由电荷在腐蚀产物或锌盐沉积层中的扩散控制。加入复合缓蚀剂后，6061铝合金的自腐蚀速率由0.496 4 mg/(cm²·min)降至0.275 0 mg/(cm²·min),缓蚀效率达到44.6%,同时平均放电电压由-1.381 V负移至-1.681 V,阳极利用率提高了13.5%,铝-空气电池的放电性能得到明显改善。     

磁场强化Co-H_2O纳米流体直接光吸收性能实验研究

采用两步法制配了Co-H_2O纳米流体,研究了在不同磁场强度下的纳米流体光热转换特性以及直接吸收式太阳能集热器的集热效率。实验结果表明:磁场可强化Co-H_2O纳米流体的光吸收性能,且最佳磁场强度为3×10~(-3)T。在3×10~(-3)T磁场强度的作用下:质量分数为0.1%、0.04%Co-H_2O纳米流体,相对于去离子水其最高温度分别提升了42.86%和39.5%,质量分数为0.1%Co-H_2O纳米流体,相对于去离子水和未加磁场时最大集热效率分别提高了51.70%和13.24%。上述结果表明磁场在磁性纳米流体光热转换特性方面具有强化促进作用。