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圆形复合式磁控溅射阴极设计及其放电特性模拟研究

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物理学报 2018年第7期67卷 99-107页

作者：汪天龙邱清泉靖立伟张小波中国科学院电工研究所中国科学院应用超导重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 深圳市速普仪器有限公司深圳518035

基于二维有限元算法使用COMSOL软件对圆形复合式磁控溅射阴极的磁场进行了计算,结合Matlab优化工具箱分别采用遗传算法和模拟退火算法对圆形复合式磁控溅射阴极的结构进行优化,得到靶材利用率达到最大的最优结构.对得到的最优化磁控阴极... 详细信息

基于二维有限元算法使用COMSOL软件对圆形复合式磁控溅射阴极的磁场进行了计算,结合Matlab优化工具箱分别采用遗传算法和模拟退火算法对圆形复合式磁控溅射阴极的结构进行优化,得到靶材利用率达到最大的最优结构.对得到的最优化磁控阴极,基于自洽粒子模拟方法,使用VSim软件对不同工况下的放电特性进行了模拟.研究发现随着磁场非平衡度的增加,阴极表面电势降落最大的位置和等离子体聚集的位置,沿着阴极表面外沿不断向阴极中心移动,阴极表面磁场的强度不断减小.随着磁场非平衡度的增加,等离子体密度先增加后减小,鞘层厚度先减小后增加,等离子体的密度和鞘层厚度不仅与磁场非平衡度有关,而且与磁场强度有关.最后根据粒子模拟的结果,对复合式磁控阴极的靶材刻蚀深度进行了研究.研究发现,在优化前后靶材的刻蚀范围从60 mm扩展至整个靶面,极大地提高了靶材利用率.

关键词：磁控阴极优化设计磁场非平衡度放电

常压下预混甲烷和空气微波等离子体放电燃烧的实验研究

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物理学报 2023年第15期72卷 159-171页

作者：曹树利李寿哲牛裕龙李容毅朱海龙大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室大连116024 大连理工大学物理学院大连116024 山西大学物理电子工程学院太原030006

开展了预混甲烷(CH_(4))和空气的微波等离子体放电燃烧实验,研究火焰余辉形态、光谱分布和温度特性随着微波功率、燃空当量比和轴向观测位置的变化规律.实验发现预混CH_(4)/Air的稀薄燃烧极限当量比Φ=0.4;在微波等离子体放电时,当Φ<0... 详细信息

开展了预混甲烷(CH_(4))和空气的微波等离子体放电燃烧实验,研究火焰余辉形态、光谱分布和温度特性随着微波功率、燃空当量比和轴向观测位置的变化规律.实验发现预混CH_(4)/Air的稀薄燃烧极限当量比Φ=0.4;在微波等离子体放电时,当Φ放电诱导的燃烧过程为主要特征,而当Φ≥0.4时,等离子体放电燃烧的中心区会明显收缩并逐渐出现丝状放电,这里低约化场强区的燃烧和高约化场强区的放电燃烧相互影响.利用发射光谱仪测得预混CH_(4)/Air微波等离子体放电燃烧光谱的特征谱带,OH(A-X),NH(A-X)和CN(B-X),沿着轴向空间位置的强度分布和随着当量比的变化,发现了轴向上近余辉的等离子体放电燃烧区和远余辉的燃烧区,并通过分析CN(B-X)振转谱带的强度分布,计算得到振动与转动温度,发现以Φ=0.4为分界点形成两种不同的随当量比变化规律.最后,根据CH_(4)扩散燃烧火焰、CH_(4)/N2混合气体等离子体放电以及CH_(4)/Air混合气体等离子体放电燃烧的发射光谱对比分析讨论了等离子体增强燃烧过程中的反应路径和机理.

关键词：大气压微波等离子体放电甲烷

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放电过程中脉冲磁体的热传导

强激光与粒子束 2009年第10期21卷 1579-1582页

作者：彭涛辜承林华中科技大学强磁场中心武汉430074

对脉冲磁体放电过程中的热传导进行理论分析与实验测试,结果表明:对于短脉冲磁体,采用绝热模型与考虑热传导后的模型所得计算结果相近,并且二者均与实验测量得到的结果相符;对于长脉冲磁体,由于热传导时间相对较长,绝热模型计算得到的... 详细信息

对脉冲磁体放电过程中的热传导进行理论分析与实验测试,结果表明:对于短脉冲磁体,采用绝热模型与考虑热传导后的模型所得计算结果相近,并且二者均与实验测量得到的结果相符;对于长脉冲磁体,由于热传导时间相对较长,绝热模型计算得到的温升与考虑热传导后模型得到的温升有较大差别。通过理论分析可知:无论是短脉冲磁体还是长脉冲磁体,放电过程中的热传导只对磁体温升分布有较大影响,而对磁场波形则几乎没有影响。

关键词：脉冲磁体热传导绝热模型放电

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多次放电的激光诱导击穿光谱信号增强

光谱学与光谱分析 2021年第8期41卷 2633-2637页

作者：朱志峰李博高强李中山天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072

激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是一种广泛应用于科学和工程方面的元素分析技术。LIBS测量一些微量元素时存在探测极限高的不足,因此增强LIBS信号强度,降低元素探测极限,对扩展其应用范围有着重要的意义。为了实现LIBS光谱信号的增强,提出... 详细信息

激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是一种广泛应用于科学和工程方面的元素分析技术。LIBS测量一些微量元素时存在探测极限高的不足,因此增强LIBS信号强度,降低元素探测极限,对扩展其应用范围有着重要的意义。为了实现LIBS光谱信号的增强,提出多次放电增强激光诱导击穿光谱方法,并以固体铝合金材料为例进行了光谱信号强度增强的研究。实验发现,激光作用在铝合金材料上烧蚀样品产生等离子体并溅射到样品上方高压放电电极所在区域,该区域在等离子体产生之后50μs之内均可以诱导高压电极放电。因此采用高频脉冲电源可以实现一次LIBS产生的等离子体诱导电极多次放电。多次放电会对等离子体进行多次激发,同时多次放电对等离子的加热作用会延缓等离子体冷却速率从而延长等离子体的持续时间,两者共同作用可以增强LIBS光谱信号强度,进而降低LIBS对微量元素的探测极限。使用频率为100 kHz的高频直流脉冲电源,利用数字延迟脉冲发生器同步激光与高压电源,在激光过后3.6μs触发高压放电,一次LIBS产生的等离子体可以诱导电极5次放电,即对等离子体进行5次激发和加热。利用光谱仪对5次放电等离子体光谱进行积分测量。实验结果表明:使用多次放电增强之后,等离子体持续时间得到大幅延长,光谱信号强度得到大幅增强,其中,MgⅡ(~279 nm)的信号强度可以增强约48倍,AlⅡ(~358 nm)的信号强度可以增强约72倍,微量元素MnⅠ(~403 nm)的信号强度增强约6.3倍,微量元素CuⅠ(~403 nm)的信号强度增强约8.3倍。MnⅠ(~403 nm)和CuⅠ(~403 nm)的探测极限分别降低为LIBS单次放电的1/6和1/8。多次放电增强激光诱导击穿光谱方法很好地增强了LIBS的光谱信号强度,降低了对微量元素的探测极限,扩展了LIBS技术的应用范围。该方法有潜力应用到贵重物品、稀有材料及文物的鉴定之中。

关键词：激光诱导击穿光谱放电光谱信号增强

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气液两相滑动弧放电中自由基的光谱研究

光谱学与光谱分析 2008年第8期28卷 1851-1855页

作者：严建华戴尚莉李晓东屠昕刘亚纳岑可法浙江大学热能工程研究所能源清洁利用国家重点实验室浙江杭州310027

气液两相滑动弧放电是近年来出现的一种新型低温等离子体废水处理技术,对高浓度有机废水具有很好的降解效果。为了认识气液两相滑动弧放电降解有机废水的机理,用发射光谱法对气液两相滑动弧在空气中放电所产生的主要自由基进行了实验研... 详细信息

气液两相滑动弧放电是近年来出现的一种新型低温等离子体废水处理技术,对高浓度有机废水具有很好的降解效果。为了认识气液两相滑动弧放电降解有机废水的机理,用发射光谱法对气液两相滑动弧在空气中放电所产生的主要自由基进行了实验研究,分析了自由基持续再生的化学过程。通过对光谱线强度变化的分析,得到了OH和NO自由基谱线强度在放电反应空间的分布特点,以及输入电压和液相(水)流量因素对OH和NO自由基产生过程的影响。结果表明:OH是气液两相滑动弧放电的主导自由基;OH和NO自由基谱线强度沿着电极中轴均先增后减;在非平衡区域,自由基谱线强度随着输入电压的增大而增大;OH自由基谱线强度随水流量的增大而增大,NO自由基谱线强度则随着水流量的增大而减小。

关键词：气液两相滑动弧放电自由基发射光谱

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沙尘天气下大沙粒对放电发展的影响

高电压技术 2010年第5期36卷 1246-1252页

作者：邓鹤鸣何正浩马军许宇航朱路郭润凯华中科技大学环境科学与技术学院武汉430074 华中科技大学电气与电子工程学院武汉430074

沙尘暴过境产生电荷分离,形成风沙电场,干扰着无线电通讯,并在导线上产生高电位,可能直接导致电力系统外绝缘失效,影响着沙尘环境地区输电的发展。为研究沙尘中大粒径对放电过程的影响,利用石英砂来模拟沙尘暴天气,在测定模拟沙尘的粒... 详细信息

沙尘暴过境产生电荷分离,形成风沙电场,干扰着无线电通讯,并在导线上产生高电位,可能直接导致电力系统外绝缘失效,影响着沙尘环境地区输电的发展。为研究沙尘中大粒径对放电过程的影响,利用石英砂来模拟沙尘暴天气,在测定模拟沙尘的粒径和体积分数的基础上,对比分析了空气与沙尘中的击穿电压、放电路径对沙尘与空气的选择概率,并分析了大沙粒对伏秒特性和放电通道的影响。实验结果表明:1)粒径较大(直径>100μm)的沙粒对放电的发展有促进作用,但当粒径>2 mm时,这种作用不是很明显;2)粗沙比细沙击穿的平均时间要长,且击穿时间较为分散;3)粗沙中的放电通道相对较宽。经分析认为沙尘表面光电离、沙尘中电场畸变等作用是大沙粒有利于放电发展的主要原因。

关键词：沙尘暴粒径体积分数路径流注放电

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双极性脉冲放电降解水中五氯酚的实验分析

高电压技术 2010年第7期36卷 1803-1808页

作者：张驰张若兵徐莹马文长王黎明关志成清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084 清华大学深圳研究生院深圳518055

双极性脉冲放电是一种有效的水处理方法。为此,研究了在双极性脉冲放电条件下气液固三相混合体反应器内五氯酚的降解情况,考察了放电过程中液相中H2O2和气相中O3的产生规律及电压、气体体积流量等工况条件对H2O2产生反应速率和O3生成速... 详细信息

双极性脉冲放电是一种有效的水处理方法。为此,研究了在双极性脉冲放电条件下气液固三相混合体反应器内五氯酚的降解情况,考察了放电过程中液相中H2O2和气相中O3的产生规律及电压、气体体积流量等工况条件对H2O2产生反应速率和O3生成速率的影响。结果表明,反应体系对典型持久性有机物五氯酚有良好的降解效果,初始质量浓度50mg/L的五氯酚溶液,反应进行6min后,五氯酚基本转化为其他中间产物;60min后,苯环基本被打开,五氯酚基本被完全降解。放电过程中液相中H2O2的生成反应呈零级反应特征,反应速率常数与电压和气量呈正相关;气相中O3存在类似的规律。

关键词：双极性脉冲放电气液固混合体活性物质臭氧过氧化氢五氯酚

负载型TiO_2在双脉冲放电水处理中的应用

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高电压技术 2012年第12期38卷 3363-3369页

作者：张若兵马文长张永锐张弦清华大学深圳研究生院深圳518055 清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

在双脉冲放电等离子体水处理过程中,会伴有光辐射等物理效应,而光催化剂可以利用这部分的光辐射能量。为此,研究了在气液固三相混合体双极性脉冲放电条件下添加光催化剂的方式,以及其对于有机污染物降解所起到的效果。利用溶胶-凝胶法... 详细信息

在双脉冲放电等离子体水处理过程中,会伴有光辐射等物理效应,而光催化剂可以利用这部分的光辐射能量。为此,研究了在气液固三相混合体双极性脉冲放电条件下添加光催化剂的方式,以及其对于有机污染物降解所起到的效果。利用溶胶-凝胶法制备负载型的纳米TiO2光催化剂,选择典型的染料废水靛蓝二磺酸钠作为处理对象,检验其对于染料废水降解的催化处理效果。实验结果表明:当固相的玻璃珠上负载了纳米TiO2光催化剂时,靛蓝溶液的降解效率有了一定程度的提高,并且2次镀膜负载TiO2光催化剂时的催化处理效果优于1次镀膜时的催化处理效果。电压增大,催化处理效果提升的程度减小,气体体积流量升高,催化处理效果会略有提高。在电压为30kV、气体体积流量为1.0m3/h的条件下,放电处理3min就可以使靛蓝溶液完全褪色。

关键词：双极性脉冲放电等离子体水处理光催化剂气液固三相混合体

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微波特性对放电/点火核心形貌特征影响

内燃机学报 2022年第1期40卷 20-28页

作者：吴慧珉王兆文张新华刘超辉成晓北王志华中科技大学能源与动力工程学院湖北武汉430074 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

基于微波辅助点火/放电试验台架,采用因素解耦的方法,探究了微波辅助放电/点火过程中,微波脉冲频率、峰值功率对放电/点火核心半径及形貌的影响规律及其内在机制.研究发现:在频率为1 kHz和功率为1 kW时微波辅助模式的放电/点火核心半径... 详细信息

基于微波辅助点火/放电试验台架,采用因素解耦的方法,探究了微波辅助放电/点火过程中,微波脉冲频率、峰值功率对放电/点火核心半径及形貌的影响规律及其内在机制.研究发现:在频率为1 kHz和功率为1 kW时微波辅助模式的放电/点火核心半径是火花点火模式的173.6%,同时微波馈入导致核心表面出现褶皱;中断效应的存在使不同脉冲频率下放电/点火核心对微波能量的吸收效率不同,脉冲频率为40 kHz时微波能量吸收效率基本饱和,40~80 kHz增强效果相差不到10%;峰值功率对点火核心半径的增强效果呈两段式增强,动力学增强比热增强的增强效果更显著.增大脉冲频率或增大峰值功率,放电/点火核心表面褶皱增多.探索了放电/点火核心表面出现褶皱的形成机制,表明馈入微波导致核心表面出现压力梯度和温度梯度,进而形成褶皱.放电/点火核心半径和形貌与微波参数紧密相关.

关键词：微波点火放电等离子体火焰褶皱