微波等离子体中OH自由基的光腔衰荡光谱诊断

搭建了一套以可调谐半导体激光器为光源的连续波光腔衰荡光谱装置,将其与微波等离子体装置结合,对等离子体中的OH自由基进行了原位定量测量,同时考察了OH自由基数密度随气压和微波功率的变化情况.实验结果表明:以氮气为工作气体,在(0.66～3.99)×103Pa范围内,随着气压的升高,OH自由基数密度先增加后降低,在1.995×103Pa时达到最大值;随着微波功率的升高OH自由基数密度逐渐增加.     

光腔衰荡光谱技术及其在痕量气体分析中的应用

光腔衰荡光谱(CRDS)技术是一种新兴的高灵敏度吸收光谱检测技术.在介绍光腔衰荡光谱检测原理和痕量气体浓度检测公式的基础上,总结了CRDS技术在痕量气体分析方面的优势.综述了CRDS技术在气体污染物、超纯气杂质和水分检测方面的应用.     

温室气体浓度监测的光腔衰荡光谱研究进展

全球气候变化给人类生活带来的影响受到世界各国的普遍关注,温室气体是影响和改变全球气候的关键因素之一,限制和降低温室气体排放量成为人类发展的重要议题.温室气体大多都在10"(每百万个气体分子中所含该种气体分子的个数)级别,且气体分子结构差异大,因此传统方法很难获得较高的精度,而光腔衰荡光谱法是能解决该难题的关键技术之一....     

微量气体定量分析的新方法:光腔衰荡光谱

包括半导体制造业在内的许多工业应用要求高纯度气体具有最少的杂质。微量水分的分析特别富有挑战性。光腔衰荡光谱法不但可以快速、准确地分析包括水分在内的微量杂质,而且不需要标准样气。对光腔衰荡光谱法作了简要介绍。     

基于光腔衰荡光谱的气体成份量测量技术

光腔衰荡光谱技术依赖于气体分子常数测量气体成份量,有望成为新一代基于自然常数的气体成份量基准方法。本文详细介绍了国内外研究机构对于光腔衰荡光谱法在气体成份量测量领域的研究现状,并在此基础上设计出一套基于Pound-Drever-Hall(PDH)锁频技术的光腔衰荡光谱测量装置,旨在完善目前实物计量标准的局限性。     

基于光腔衰荡光谱法的水汽线形强度测量

随着半导体芯片行业的迅速发展,对电子气体的要求也逐渐提高。半导体加工环境中的痕量水分会严重影响芯片的良率和可靠性。光腔衰荡光谱法是近年来发展的一种具有高灵敏度和准确性的痕量气体测量方法,线形强度是光谱法测量的重要参数。为测量痕量水分,建立了一套光腔衰荡光谱系统,测量了中心频率在 7171.10491cm-1和7177.6565cm-1的吸收光谱,通过HTP(Hartmann-Tran profile)线形拟合得到线形强度,测量结果的相对标准不确定度优于1.8%,与HITRAN、HITEMP和GEISA数据库比较,相对偏差小于6%。     

连续波腔衰荡技术的激光去谐方法

针对连续波腔衰荡技术的激光关断问题,本文提出通过调制激光器的驱动电流,即激光去谐方法,使连续波激光与衰荡腔离开谐振状态,实现对入射光的快速关断.该方法根据电流调制特点实现以往系统中声光或电光开关的功能,不需用外部光开关来切断光源,系统更加简便,节省成本.设计了基于激光去谐的连续波腔衰荡技术系统,分析了各器件的性能和工作原理,分析了去谐过程的特性,比较了激光去谐与激光关断的区别.结果表明,调制电流的关断时间比传统的光开关更短,衰荡曲线的单指数线形更加明显.     

衰荡光腔温度控制研究

研制出一套光腔衰荡光谱中的温度控制系统。首先,设计了内壁带有硅胶加热片的控温箱体,将光腔置于箱体中并模拟内部温度分布;然后,对箱体进行有限元分析及参数化扫描,得到最优化情况下加热片的分布及功率大小,保证光腔通光部分温度的均匀性;根据仿真结果完成实际控温箱体和加热片的加工,以比例积分微分（PID）控制算法为核心,设计包括温度采样模块、控制模块、驱动电路模块等在内的硬件电路系统,开发相应的控制算法,精密控制光腔内部的温度变化,实现衰荡光腔通光部分8 h内温度变化标准差不超过0.01 ℃。     

光腔衰荡光谱法测定气体中微痕量水不确定度评估

介绍了基于光腔衰荡光谱法测定气体中的微量水的方法原理,该方法适用于含量为0.2×10^-9～20×10^-6 mol/mol的所有气体中水分的测定。建立了光谱分析法的原始数学模型,对测定方法的不确定度进行了评估,结果表明该方法的扩展不确定度为（8～20）×10^-9 mol/mol（k=2,p=95%）。     

半导体激光器自混合效应对连续光腔衰荡技术的影响

根据光腔衰荡(CRD)原理开展了高反镜反射率测量技术的研究.采用基于半导体激光器自混合效应的连续光腔衰荡技术(SM-CRD)测量高反射率腔镜,不但简化了CRD技术应用的结构装置,同时也大大提高了入射光与衰荡腔之间的耦合效率.给出了半导体激光器由于自混合效应引起的频谱变化,分析了反馈光强度对半导体激光器输出特性的影响.使用反射率为99.914%的腔镜建立了1 064 nm高反射率测量装置,测量精度达到10-5量级.实验结果表明,使用该装置测量腔镜的反射率,不但大大降低了系统的成本,而且有利于提高系统的测量精度和稳定性.     

介质阻挡稳态丝状放电数值模拟

本文采用流体模型对纯Ne介质阻挡放电(DBD)中的丝状放电现象进行了研究.通过模拟获得了放电过程中电流、带电粒子等物理参数的时间空间分布及丝状放电的形成.结果表明,在pd值较低及方波驱动电压条件下,初始均匀的DBD中将逐渐形成多个稳定的丝状放电通道,而且所有通道的丝状放电同时进行,形成单个放电电流脉冲.同时模拟结果表明,在辉光放电范围内,升高pd值,丝状放电的数量将减少.     

介质阻挡放电特性的仿真与实验研究

基于用电压控制电流源（CCS）模拟微放电过程的DBD等效电路模型,建立了DBD的动态仿真模型来对空气中平板电极结构DBD的放电过程进行仿真,计算得到了放电的电压、电流波形及Lissajous图形。同时建立了相应的实验装置对DBD进行实验研究,并将仿真与实测所得到的结果进行比较和分析。结果表明,仿真结果与实验结果是一致的,说明本文建立的模型能真实反映DBD的放电情况,可以用来辅助研究DBD的放电特性和优化DBD等离子反应器设计。     

空气中均匀介质阻挡放电研究进展

介质阻挡放电(DBD)可以在大气压下产生低温等离子体,在工业领域具有广泛的应用前景.相对于低气压均匀DBD和大气压丝状DBD,大气压均匀DBD在节约生产成本、提高生产效率以及优化处理效果等方面都体现着明显的优势.目前,大气压均匀DBD的工作气体多为惰性气体,这不仅增加了生产成本而且降低了生产效率.近期研究表明,通过改变DBD系统的一些参量,如供电电源、电极结构、阻挡材料等,可以在空气中实现均匀稳定的DBD.目前国内外一些研究小组已经在这些方面取得了可喜的研究成果.本文在讨论DBD的产生方法、机理以及诊断技术的基础上,分别从电源类型、电极结构以及预电离技术等方面综述了空气中均匀DBD的研究现状,最后分析了实现空气中均匀DBD需要解决的问题.     

氮气介质阻挡放电激发态氮的数值模拟研究

本文采用流体模型模拟了不同工作气体下N₂介质阻挡放电。并利N₂等离子体用发射光谱进行了实验对比。该模型考虑了10种反应物和28种反应。压力在1~5 atm之间,不同能级的N₂(C)分子是典型的活性物质。模拟结果表明,在等离子体中,随着压力的增加,反应物N₂(C)分子的数密度呈指数级下降。平均电子密度与压强的关系是复杂的,受中性粒子数密度和电子温度的影响。电子温度随压力范围的增大而降低。仿真结果可以描述等离子体参数的详细时空分布。由光谱计算得到的等离子体的平均电子温度、电子密度和N₂(C)的激发趋势与模拟结果一致。     

介质阻挡放电材料表面改性研究进展

介质阻挡放电(DBD)是大气压下产生低温等离子体的主要手段之一,以其方便、有效和低运行造价在材料表面改性方面显示出广阔的应用前景.在介绍DBD材料表面改性的机理、方法及影响因素的基础上,综述了DBD等离子体用于聚合物材料、纤维材料以及木材、玻璃等其他类型材料表面改性的国内外研究进展;分析了研究中存在的主要问题及相应的解决方法,以期为相关领域的研究提供参考.     

常压介质阻挡放电对聚苯乙烯表面改性研究

鉴于介质阻挡放电(DBD)是工业上非常有前途的处理材料表面的环保技术,于是采用常压DBD产生的空气低温等离子体对聚苯乙烯(PS)薄膜进行了表面改性.通过接触角测量、原子力显微镜(AFM)观察和X射线光电子能谱(XPS)分析,研究了空气等离子体处理前后PS薄膜的表面性能的变化.结果表明,PS膜表面润湿性随处理时间的延长而提高,PS膜表面粗糙度增加,而且在表面10nm范围内引入了含氧和含氮的官能团.等离子体处理后PS薄膜润湿性改善的主要原因是由表面粗糙化和引入含氧、含氮极性官能团的复合作用造成的.     

空气中介质阻挡放电对聚丙烯进行表面改性的研究

用大气压空气中介质阻挡放电(DBD)对聚丙烯(PP)薄膜进行表面改性.通过扫描电子显微镜(SEN)观察、接触角测量和X射线光电子能谱分析(XPS)等手段,研究了DBD等离子体处理前后PP膜的表面特性.实验结果表明,PP薄膜经DBD等离子体处理后,其表面结构变粗糙,且引入了极性基团,表面微观样貌和表面化学成分均发生变化.PP膜表面水接触角随着处理时间的增加而降低,且在处理8s时达到饱和值53°.对改性后的PP薄膜在空气中放置时的老化效应进行研究后发现,即使放置12天后其表面水接触角仍远低于改性前的值.     

大气压氦气射频介质阻挡辉光放电的均匀性研究

为了研究大气压射频介质阻挡辉光放电的时空特性,采用一个表面覆盖有石英介质的铜电极和一个自制水电极的放电系统,在氦气中获得了大面积和较大电极间距下的辉光放电。对ICCD高速相机拍摄的径向放电图像和轴向放电图像分析揭示了射频介质阻挡辉光放电不仅具有较好的径向均匀性,而且具有很好的轴向均匀性,并不存在沿径向的发展。这是不同于中频介质阻挡辉光放电的一个显著特征。此外,注意到射频介质阻挡辉光放电在径向和轴向上的发展均与射频周期有很强的关联性。分析认为这是由于空间电荷在射频介质阻挡辉光放电的形成和发展中发挥主导作用。因此,可以认为射频介质阻挡辉光放电所具备非常好的径向和轴向均匀性,与中频介质阻挡辉光放电相比,可能会更有利于工业生产中进行均匀薄膜沉积和对薄膜表面改性处理等。     

大气压射频介质阻挡放电辉光放电和丝状放电的时空演化比较

目的 为研究大气压射频(13.56 MHz)介质阻挡放电(rf-DBD)在辉光放电和丝状放电2种模式下的电离形式,以及在一个放电周期(73.7 ns)内气体电离与时间和空间的关系。方法 实验使用氩气获得稳定的辉光放电,使用氩气掺杂氮气获得丝状放电。实验中使用电流正向过零点的信号触发ICCD相机获得一个放电周期内不同时间点的36张照片,得出放电间隙之间不同位置的发光强度在一个周期内随时间的变化关系。结果 在α模式下,每半个周期所产生的一次电子雪崩在空间和时间上都是从阴极到阳极的过程。在γ模式下存在负辉现象,并且在阴极电极的介质表面,负辉强度峰值的时间比体电离强度峰值时间晚约13 ns。在丝状放电中,等离子体的发光强度主要集中在阴极表面,介质表面积累的电荷之间的互相作用力使得放电形成单独的细小通道。结论 α模式以体电离为主,而γ模式下除了体电离,还有离子撞击阴极表面产生的大量二次电子,并且比体电离的产生更晚。在丝状放电中,电介质表面电荷作用明显,阴极介质表面的电离为放电的主要形式。     

掺氮二氧化钛薄膜的介质阻挡放电化学气相沉积及其结构性能研究

采用介质阻挡放电化学气相沉积（DBD-CVD）法,以四异丙醇钛（TTIP）作为钛源,氨气（NH3）和笑气（N2O）分别作为氮源的气相反应先驱体,成功制备了不同掺杂量的掺氮二氧化钛（TiO2）薄膜。SEM、XRD、XPS和UV-Vis透射光谱研究表明：所制得的掺氮二氧化钛薄膜均为锐钛矿相,氮源的引入对TiO2薄膜晶粒成长、晶体取向、表面形貌影响很大,并促使光吸收限红移,提高了薄膜在可见光照射下的光催化效率,并改善了薄膜表面的亲水性能。且NH3掺氮效果整体好于N2O。