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HiPIMS沉积光电薄膜研究进展:放电特性和参数调控

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中国表面工程 2022年第5期35卷 93-104页

作者：张海宝刘洋陈强北京印刷学院等离子体物理与材料实验室北京102600

高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术具有离化率高、等离子体密度高、沉积温度低、薄膜结构致密等优点,与沉积超硬耐磨涂层相比,HiPIMS技术在光电薄膜沉积中的应用相对较少,且HiPIMS镀膜过程中涉及工艺参数较多,工艺参数的选择直接影响着沉... 详细信息

高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术具有离化率高、等离子体密度高、沉积温度低、薄膜结构致密等优点,与沉积超硬耐磨涂层相比,HiPIMS技术在光电薄膜沉积中的应用相对较少,且HiPIMS镀膜过程中涉及工艺参数较多,工艺参数的选择直接影响着沉积薄膜的结构和性能。基于这两个问题,系统梳理HiPIMS在光电薄膜沉积中放电的时空演变特性,重点介绍HiPIMS技术在光电薄膜沉积过程中的关键工艺参数,包括峰值功率密度、衬底材料、掺杂、偏置电压等,对薄膜结构和性能的影响规律,最后展望HiPIMS技术在光电薄膜沉积中的应用前景与发展趋势。

关键词：高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS) 光电薄膜等离子体放电特性参数调控

纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体合成氨工艺条件优化

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应用化学 2023年第2期40卷 268-276页

作者：刘洋张海宝陈强北京印刷学院等离子体物理与材料实验室北京102600

氨(NH3)作为重要的化工原料对农业及国计民生发展有直接影响。工业合成氨需高温高压、能耗高和污染重。低温等离子体技术是一种可持续,有潜力的合成氨途径,已成为国内外研究热点。本工作以氮气和氢气为原料,在低温常压下采用纳秒脉冲介... 详细信息

氨(NH3)作为重要的化工原料对农业及国计民生发展有直接影响。工业合成氨需高温高压、能耗高和污染重。低温等离子体技术是一种可持续,有潜力的合成氨途径,已成为国内外研究热点。本工作以氮气和氢气为原料,在低温常压下采用纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体合成氨,通过单因素实验系统研究脉冲峰值电压、脉冲重复频率、气体总流量、N_(2)和H_(2)体积比(V(N_(2))∶V(H_(2)))等因素对合成氨速率及能量产率的影响规律。进一步通过正交实验评价确定影响合成氨反应速率因素的主次顺序为:脉冲峰值电压>脉冲重复频率>气体体积比>气体总流量。影响合成氨能量产率因素的主次顺序为:脉冲峰值电压>气体体积比>脉冲重复频率>气体总流量。结合两部分实验,最终得到合成氨的优选条件:脉冲峰值电压16 kV、脉冲重复频率6 kHz、脉冲上升沿100 ns、V(N_(2))∶V(H_(2))=1∶1、气体总流量200 mL/min。此时NH3合成速率最高为923.08μmol/h,能量产率为0.30 g/kWh。

关键词：合成氨等离子体介质阻挡放电纳秒脉冲电源正交实验法

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滑动弧等离子体固氮研究进展

应用化学 2023年第7期40卷 923-937页

作者：徐晓芳陈强张海宝北京印刷学院等离子体物理与材料实验室北京102600

传统工业固氮采用哈伯-博施(Haber-Bosch)工艺,但是需要高温高压,能耗高,污染严重。滑动弧等离子体(Gliding arc plasma,GAP)兼具热等离子体和冷等离子体的优点,能够高效地产生活性物种,显著提高能量效率,使其在固氮领域具有很大的潜在... 详细信息

传统工业固氮采用哈伯-博施(Haber-Bosch)工艺,但是需要高温高压,能耗高,污染严重。滑动弧等离子体(Gliding arc plasma,GAP)兼具热等离子体和冷等离子体的优点,能够高效地产生活性物种,显著提高能量效率,使其在固氮领域具有很大的潜在应用价值,近年来受到人们的广泛关注。然而,目前GAP固氮相关研究还比较零散,有必要对具体内容进行总结归纳。本文主要综述了近10年来国内外GAP固氮研究进展,主要包括GAP放电机制、反应器设计、工艺参数研究以及固氮反应机理研究。GAP放电存在击穿伴随滑动放电的B-G模式和持续稳定放电A-G模式,A-G模式放电有助于提高固氮效率。随着滑动弧放电技术的不断发展,GAP反应器中电极结构从传统的2D刀片结构演变到了多种3D柱形结构。通过工艺优化,GAP有助于N_(2)分子的振动激发,从而促进N_(2)分子的分裂转化。最后,对GAP固氮研究进行了展望。

关键词：固氮滑动弧等离子体反应器能耗反应机理

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非热等离子体材料表面处理及功能化研究进展

物理学报 2021年第9期70卷 16-32页

作者：张海宝陈强北京印刷学院等离子体物理与材料实验室北京102600

等离子体技术在现代材料制备和表面处理过程中起着重要的作用.本文聚焦于非热等离子体(NTP)材料表面处理及功能化应用,重点综述NTP在材料表面处理及功能化过程中的最新研究进展,包括激励产生等离子体的等离子体源、NTP材料表面处理及功... 详细信息

等离子体技术在现代材料制备和表面处理过程中起着重要的作用.本文聚焦于非热等离子体(NTP)材料表面处理及功能化应用,重点综述NTP在材料表面处理及功能化过程中的最新研究进展,包括激励产生等离子体的等离子体源、NTP材料表面处理及功能化工艺以及具体应用.其中,激励产生等离子体的等离子体源包括感应耦合等离子体/容性耦合等离子体、电子回旋共振/表面波等离子体、螺旋波等离子体、大气压射流等离子体和介质阻挡放电等;NTP材料表面处理及功能化工艺包括等离子体表面接枝和聚合、等离子体增强化学气相沉积和等离子体辅助原子层沉积、等离子体增强反应刻蚀和等离子体辅助原子层刻蚀工艺等;等离子体表面处理及功能化的具体应用领域包括亲水/疏水表面改性、表面微纳加工、生物组织表面处理、催化剂表面处理等.最后提出了NTP技术材料表面处理及功能化的应用前景与发展趋势.

关键词：等离子体表面处理接枝聚合沉积刻蚀

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介质阻挡放电辅助催化CO甲烷化的研究

现代化工 2023年

作者：唐守贤田地李筝王正铎程久珊刘博文刘忠伟北京印刷学院等离子体物理与材料实验室

重点介绍了近10年来用于介质阻挡放电(DBD))辅助催化CO2甲烷化的镍基催化剂的研究成果，包括不同等离子体工艺参数下的催化剂活性，同时涉及催化剂的活化方式、载体、助剂等实验条件对催化效果的影响，揭示了介质阻挡放电辅助催化CO2甲... 详细信息

重点介绍了近10年来用于介质阻挡放电(DBD))辅助催化CO2甲烷化的镍基催化剂的研究成果，包括不同等离子体工艺参数下的催化剂活性，同时涉及催化剂的活化方式、载体、助剂等实验条件对催化效果的影响，揭示了介质阻挡放电辅助催化CO2甲烷化中等离子体与催化剂的协同效应和反应机理。最后针对DBD等离子体辅助催化体系目前所面临的挑战，提出了新的展望。

关键词：非热等离子体介质阻挡放电镍基催化剂 CO 甲烷化协同效应

介质阻挡放电辅助催化CO_(2)甲烷化的研究

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现代化工 2023年第10期43卷 52-57页

作者：唐守贤田地李筝王正铎程久珊刘博文刘忠伟北京印刷学院等离子体物理与材料实验室北京102600

重点介绍了近10年来用于介质阻挡放电(DBD)辅助催化CO_(2)甲烷化的镍基催化剂的研究成果,包括不同等离子体工艺参数下的催化剂活性,同时涉及催化剂的活化方式、载体、助剂等实验条件对催化效果的影响,揭示了介质阻挡放电辅助催化CO_(2)... 详细信息

重点介绍了近10年来用于介质阻挡放电(DBD)辅助催化CO_(2)甲烷化的镍基催化剂的研究成果,包括不同等离子体工艺参数下的催化剂活性,同时涉及催化剂的活化方式、载体、助剂等实验条件对催化效果的影响,揭示了介质阻挡放电辅助催化CO_(2)甲烷化中等离子体与催化剂的协同效应和反应机理。最后针对DBD等离子体辅助催化体系目前所面临的挑战,提出了新的展望。

关键词：非热等离子体介质阻挡放电镍基催化剂 CO_(2)甲烷化协同效应

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螺旋波等离子体放电特性研究进展

力学学报 2023年第12期55卷 2913-2927页

作者：张海宝尹贤轶孙萌陈强北京印刷学院等离子体物理与材料实验室北京102600

螺旋波等离子体是目前低温等离子体产生密度最高的等离子体源之一,在材料处理、薄膜沉积、宇航推进、磁约束聚变以及基础等离子体物理研究等领域都有很大的应用潜力.近年来国内外研究者普遍关注这种高密度等离子体源,一方面人们对螺旋... 详细信息

螺旋波等离子体是目前低温等离子体产生密度最高的等离子体源之一,在材料处理、薄膜沉积、宇航推进、磁约束聚变以及基础等离子体物理研究等领域都有很大的应用潜力.近年来国内外研究者普遍关注这种高密度等离子体源,一方面人们对螺旋波等离子体的放电理论缺乏深入的认识,对等离子体激发和传播过程中能量的吸收存在多种假设,比较认可的是螺旋波等离子体通过螺旋波与TG波耦合效应实现能量沉积;另一方面,螺旋波等离子体放电过程中会表现出许多独特的现象,如低场峰、模式跃迁、无电流双层结构等,无法给出统一的解释,对这些放电特性的研究无疑有助于加深对螺旋波等离子体放电机制的理解.文章从放电机制和放电特性两方面出发回顾了近15年来螺旋波等离子体基础研究进展,总结了螺旋波等离子体放电过程中的低场峰现象、模式跃迁和无电流双层现象等研究结果.围绕螺旋波等离子体放电特性研究,展望了未来的研究重点,为理解螺旋波等离子体能量耦合机制,实现工业应用提供支撑.

关键词：螺旋波等离子体放电特性低场峰模式跃迁无电流双层结构

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面向物联网食品货架期监测智能包装研究进展

包装工程 2023年第19期44卷 58-66页

作者：卢敬锐石佳子刘晨薛可昕张新林黄霄扬张馨月付亚波北京印刷学院印刷包装材料与技术北京市重点实验室北京102600

目的对智能传感器技术在智能包装果蔬等食品监测中的应用进行介绍和分类总结,为果蔬的货架期智能监测提供依据和帮助,并推动传感器技术在智能包装果蔬领域中的实际应用。方法分别介绍湿敏型、气敏型及微生物检测这几个方面的智能传感... 详细信息

目的对智能传感器技术在智能包装果蔬等食品监测中的应用进行介绍和分类总结,为果蔬的货架期智能监测提供依据和帮助,并推动传感器技术在智能包装果蔬领域中的实际应用。方法分别介绍湿敏型、气敏型及微生物检测这几个方面的智能传感器,以及结合NFC/RFID等智能技术在果蔬包装货架期监测中的应用。相较于传统的包装方式,此类智能包装结合当下发展势态良好的互联网,给人们的生活带来了更多的便捷。结论智能传感器标签在果蔬等食品智能监测中发挥着重要的作用,可通过连接智能手机等终端,快速监测食品新鲜度情况。近年来,包装材料研发呈现多样化,例如多元复合纳米材料、金属有机骨架材料等,因此未来可以通过优化包装传感材料和器件结构,更好地发挥智能包装标签在果蔬智能包装中的优势。

关键词：智能包装传感器技术货架期监测智能标签

基于c‒MWCNTs/GO体系的湿敏型智能包装研究

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包装工程 2022年第13期43卷 9-16页

作者：侯存霞石佳子李乐卢敬锐刘晨陈曦付亚波北京印刷学院印刷包装材料与技术北京市重点实验室北京102600

目的优选羧基化多壁碳纳米管(c-MWCNTs)与氧化石墨烯(GO)作为敏感材料制备湿度传感器,对其湿敏特性进行研究,探索一种能够快速精确监测包装内湿度变化的传感器。方法通过丝网印刷工艺印制传感器电极基底,在电极表面涂布c-MWCNTs/GO湿敏... 详细信息

目的优选羧基化多壁碳纳米管(c-MWCNTs)与氧化石墨烯(GO)作为敏感材料制备湿度传感器,对其湿敏特性进行研究,探索一种能够快速精确监测包装内湿度变化的传感器。方法通过丝网印刷工艺印制传感器电极基底,在电极表面涂布c-MWCNTs/GO湿敏溶液,混合湿敏溶液中c-MWCNTs的质量分数分别为20%和67%,烘干后得到电阻型湿度传感器,测定其灵敏度、动态响应、响应恢复时间、吸湿滞后性、重复性等湿敏特性。结果选用长度为0.5~2μm的c-MWCNTs制备的湿度传感器灵敏度、线性度优于10~30μm的。质量分数分别为20%和67%的c-MWCNTs的湿敏溶液制备而得的传感器均对不同湿度敏感,而当c-MWCNTs质量分数为67%时灵敏度更高,线性度更好,在低湿(相对湿度为33%)时响应和恢复时间分别为7 s和3.9 s,高湿(相对湿度为85%)时分别为20 s和15 s,最大吸湿滞后值为17%。结论将c-MWCNTs与GO掺杂用于制备湿度传感器,可以检测的相对湿度范围为11%~98%,且c-MWCNTs质量分数为67%时传感器具有较高的灵敏度、良好的线性度、良好的重复性、快速的响应恢复能力和较小的吸湿滞后,在未来包装湿度监控应用方面具有广阔前景。

关键词：智能包装湿度传感器羧基化多壁碳纳米管氧化石墨烯