常压脉冲射频辉光等离子体中的物理机理与稳定控制研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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常压脉冲射频辉光等离子体中的物理机理与稳定控制研究

项目名称：常压脉冲射频辉光等离子体中的物理机理与稳定控制研究
项目类别：重点项目
批准号：10835004
申请代码：A0506
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2009-01-01-2012-12-31

项目负责人：张菁
负责人职称：教授
依托单位：东华大学
批准年度：2008

中文摘要：

常压射频辉光放电产生的等离子体密度高、均匀性好，但其放电的物理机理还有待深入研究，且需要增大稳定放电的参数范围。本项目将通过脉冲技术对常压射频辉光放电进行调制，以研究其中放电的基本物理过程，包括放电的起辉、维持和湮灭过程，并结合分辨率在纳秒量级的快速摄像和光谱诊断技术，研究放电结构（鞘层结构）和放电参数（等离子体密度、电子能量等）随射频放电功率的时空演变过程，揭示放电的物理机理与影响放电稳定性的因素。通过调节调制脉冲的频率和占空比，结合射频激发频率调制技术、介质阻挡技术、阻抗匹配技术，控制放电的稳定性，在更大的放电参数范围内获得稳定均匀高强度的常压射频辉光放电。将常压射频辉光等离子体应用于纳米晶TiO2薄膜均匀沉积研究，以及PET聚酯等织物高效刻蚀改性研究，为发展具有实际应用价值的常压射频辉光等离子体沉积与刻蚀技术提供理论依据和技术支持。

中文主题词：常压辉光放电；脉冲调制射频功率；放电机理；放电稳定性；沉积和刻蚀

英文摘要：

Atmospheric glow discharge；Pulse modulated RF power；Discharge mechanism；Discharge stability；Deposition and etching

英文主题词： Atmospheric glow discharge；Pulse modulated RF power；Discharge mechanism；Discharge stability；Deposition and etching

结论摘要：

通过数值模拟和实验研究，描述了常压脉冲调制射频辉光放电特性和动力学过程，研制出了常压下稳定性好、放电强度高、大尺度均匀脉冲调制射频辉光放电等离子体技术，在薄膜沉积及表面改性获得较好的应用效果，为研究等离子体与材料相互作用机理提供了理论依据和技术支持。建立了常压脉冲调制射频辉光放电二维自洽理论数值模型，研究了常压脉冲调制射频辉光放电中各活性粒子在放电空间的时空演化过程，特别是引入电负性氧气后的放电特性；系统研究了脉冲调制参数和放电结构参数对放电稳定性的影响，特别是放电在电极方向上的收缩特性与关键控制因素。实验研究了放电机理和控制放电稳定性、均匀性的关键参数，建立了射频脉冲功率的有效诊断手段，研究了频率和占空比等调制脉冲参数对常压射频辉光放电的放电机理和特性的作用，揭示了等离子体的起辉和熄灭的动力学过程，特别是当放电被限制于放电起辉阶段时的放电特性和动力学过程，揭示了常压脉冲射频辉光放电的物理机理和化学活性；研究了脉冲放电中的放电特性和动力学过程，讨论了放电中鞘层时空演变特性对放电的作用；研究了射频激发频率及其与调制脉冲频率关系对放电稳定性，也即放电模式转变的影响；研究了氧气和氮气等活性气体对放电模式和等离子体化学活性的影响；研究了常压射频辉光放电的放电模式转变过程以及放电在介质层表面的放电动力学过程，获得了大尺度均匀稳定的常压脉冲调制辉光放电等离子体，有效地控制了高强度脉冲调制射频辉光放电的稳定性和均匀性。以纳米晶TiO2薄膜沉积及对苯二甲酸乙二醇酯PET织物表面改性为模板，研究了常压脉冲调制射频辉光等离子体薄膜沉积及聚合物材料表面改性的机理。建立了重要化学活性物种与放电参数的关联，研究了放电特性对薄膜结构特性的影响，获得具有大比例高能活性反应面的锐钛矿TiO2三维结构薄膜，首次发现具有较强的可见光荧光特性;初步讨论了常压脉冲射频辉光等离子体薄膜沉积的机理与规律，为具有新颖结构特性的无机氧化物薄膜的低温快速合成和结晶提供了独特的新途径。研究了等离子体与不同种类纤维表面的刻蚀，并从纤维表面微纳米结构和化学特性两方面，讨论了等离子体与聚合物的相互作用，发现射频辉光放电等离子体具有更强的刻蚀效应和显著的协同碱反应增强作用。并提高了纤维复合材料综合特性。发展了常压脉冲调制射频辉光等离子体稳定放电技术，为高性能纤维材料表面处理应用奠定了基础。

成果综合统计