材料表面工程技術等離子體

1、材料表面工程技術報告學生班級：材料物理081班學 號：30號姓 名：課程成績：等離子體 摘要 等離了體是由部分電子被剝奪后的原了及原子被電離后產(chǎn)生 的正負電子組成的離子化氣體狀物質(zhì)。它的用途非常廣泛.從我們的 日常生活到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、軍事、宇航、能源、天體等方面，它 都有非常重要的應用價值，并擁有廣泛的應用前景。the plasma is by part were deprived of electronic after atoms and atomic ionization produced after the positive and negative electrons ionize

2、d gas shape material. it uses very extensive from our everyday life to industrial, agricultural, environmental protection, military and aerospace, energy, objects, etc, it has very important application value, and have broad application prospect.主題詞等離子體、環(huán)境keywords plasma, environment1 基本概述等離了體又叫做電漿，

3、是由部分電了被剝奪后的原了及原了被 電離后產(chǎn)生的正負電子組成的離子化氣體狀物質(zhì)，它廣泛存在于宇宙 中，常被視為是除去固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。等離子體是 一種很好的導電體，利用經(jīng)過巧妙設計的磁場可以捕捉、移動和加速 等離子體。等離子體物理的發(fā)展為材料、能源、信息、環(huán)境空間，空 間物理，地球物理等科學的進一步發(fā)展提新的技術和工藝?？此啤吧?秘"的等離子體，其實是宇宙中一種常見的物質(zhì)，在恒星（例如太陽）、 閃電中都存在等離子體，它占了整個宇宙的99%?，F(xiàn)在人們已經(jīng)掌 握利用電場和磁場產(chǎn)生來控制等離子體。例如焊工們用高溫等離子體 焊接金屬。2.分類2.1按等離子體焰溫度高溫等離子體：

4、溫度相當于1010 k完全電離的等離子體，如太陽、 受控熱核聚變等離子體。低溫等離子體：熱等離子體：稠密高壓（1大氣壓以上），溫度1010k,如電弧、高 頻和燃燒等離子體。冷等離子體：電子溫度高（1010k）、氣體溫度低，如稀薄低壓輝光 放電等離子體、電暈放電等離子體、dbd介質(zhì)阻擋放電等離子體、 索梯放電等離子體等。2.2按等離子體所處的狀態(tài)（1）平衡等離子體：氣體壓力較高，電子溫度與氣體溫度大致相等 的等離子體。如常壓下的電弧放電等離子體和高頻感應等離子體。（2）非平衡等離子體：低氣壓下或常壓下，電子溫度遠遠大于氣 體溫度的等離子體。如低氣壓下dc輝光放電和高頻感應輝光放電， 大氣壓下db

5、d介質(zhì)阻擋放電等產(chǎn)生的冷等離子體。3 等離子技術的應用現(xiàn)狀3.1等離子體冶煉用于冶煉用普通方法難于冶煉的材料，例如高熔點的錯(zr).鈦 (ti)、鉉(ta)、鋸(nb)、飢(v)、鉤(w)等金屬；還用于簡化工藝過程， 例如直接從zrck mos、tao和ticl中分別獲得zr、mo、ta和ti； 用等離子體熔化快速固化法可開發(fā)硬的高熔點粉末，如碳化餌-鉆、 mo-co> mo-ti-zr-c等粉末 等離子體冶煉的優(yōu)點是產(chǎn)品成分及微結 構的一致性好，可免除容器材料的污染32等離子體噴涂許多設備的部件應能耐磨耐腐蝕、抗高溫，為此需要在其表面噴 涂一層具有特殊性能的材料。用等離子體沉積快速固

6、化法可將特種材 料粉末噴入熱等離子體中熔化，并噴涂到基體(部件)上，使之迅速 冷卻、固化，形成接近網(wǎng)狀結構的表層，這可大大提高噴涂質(zhì)量。3.3等離子體焊接可用以焊接鋼、合金鋼；鋁、銅、鈦等及其合金。特點是焊縫平 整，可以再加工，沒有氧化物雜質(zhì),焊接速度快。用于切割鋼、鋁及其 合金，切割厚度大。34等離子體刻蝕在半導體制造技術中，等離子體刻蝕是干法刻蝕中最常見的一種 方法，等離子體產(chǎn)生的帶能粒子(轟擊的正離子)在強電場下，朝硅 片表面加速，這些例子通過濺射刻蝕作用去除未被保護的硅片表面材 料，從而完成一部分的硅刻蝕。3.5等離子體隱身在軍事應用于飛行器的隱身。3.6等離子體核聚變托克馬克及ite

7、r裝置，都是研究核聚變應用發(fā)電的實例4 應用前景4.1cp-aes在飼料無機元素測定中的應用前景飼料中存在大量的無機元素，有些是為了滿足動物的生長需要被 添進飼料中的元素如鉀、鈣、鈉、鎂、銅、鋅、鐵、鐳等；有些是危 害動物、影響食品安全和人類生命和健康的重金屬元素如輅、鎘、鉛 和確等。因此為了保證飼料品質(zhì)和安全性，飼料中無機元素的檢測 是及其重要和必要的?，F(xiàn)階段飼料中無機元素的分析方法主要有紫外 可見分光光度法(uv)如磷的測定，火焰原子吸收光譜法(fa as) 如銅、鋅、鐵、鎰的測定，石墨爐原子吸收光譜法(gfaas)如輅的測定，原子熒光光譜法(afs)如碑的測定 等。這些方法均為單個元素的

8、檢測方法，且不同檢測方法必須采用不 同的前處理手段，在檢測飼料中的眾多無機元素時，這些單元素檢測 方法勢必將耗費很多的人力、物力及時間。表1將5種檢測方法做了 比較，從表1不難看出icp-aes可以同吋檢測飼料中白分含量級直 至mg/kg級的無機元素濃度,這將大大的縮短檢測周期，提高工作效 率。因此，icp-aes作為快速分析無機元素的新方法，以其優(yōu)異的分析性 能，在飼料檢測中必將具有很好的應用前景。但是我國現(xiàn)階段還欠缺 icp-aes法用于飼料檢測方面的標準，因此有必要加快相關標準的制 訂工作，以促進其在飼料檢測中的應用。表15種檢測方法比較攻目uvfaasgfaasafs1cp-aes線性

9、范圍窄窄窄窄寬（46個數(shù)雖級）可測元素少多多少廣分析速度慢一般一般一般快同時測定多種元索不能不能不能雙軌道原子熒光分光光度訟可同時測定2種元素單軌道不能能同時測定多種元索成本低島較高高較島4.2等離子體mems紅外光源的應用前景紅外氣體傳感器工作的基本原理是依賴于氣體獨特的紅外吸收 特征波長（其中大部分氣體分子的波長是在214 mm之間），這就 需要利用高性能、可調(diào)諧窄帶的相干光來定性判別待測氣體分子的種 類和定量分析其濃度大小o i.puscasu等12,13已經(jīng)成功研制出了高性 能的等離子體mems紅外光源器件，如圖10 （a）所示。該器件一般 是采用mems技術在單晶硅襯底上制作二維md

10、pc結構，經(jīng)加熱后 就能夠輻射出可調(diào)諧窄帶紅外光譜。這項先進技術使得將組件復雜且 制作成本高的ndir紅外氣體傳感系統(tǒng)mems成為可能。i.puscasu等27提岀了 一種新穎的低成本等離子光學紅外氣體傳 感系統(tǒng)概念，如圖10 (b)所示。他們考慮建立一個低成本等離子光 學技術平臺：包括所有的單個光學元件如熱輻射器、濾波器和探測器 都能夠集成到一個單一的硅芯片上，從而降低了系統(tǒng)的大小、功耗、 復雜性和成本。圖10(c)所示的就是mems芯片ndir氣體傳感系 統(tǒng)在氣體開路氛圍中的氣體測量裝置示意圖，即mdpc加強紅外氣體傳感器(加熱的等離子體 mems紅外光源既作光源又作光探測器，其對面放置一

11、面球面鏡作 反射鏡)。在這個測量過程中，如果沒有其他被吸收的氣體種類，測 熱輻射計會同其周圍環(huán)境達到熱輻射平衡狀態(tài)；若光路中存在能夠被 吸收的氣體，則經(jīng)過球面鏡反射回到熱輻射源器件的光能量會減少， 從而造成測熱輻射計燈絲降溫。這種由被吸收氣體濃度的變化而引起 熱輻射源器件溫度的變化是很容易通過探測該器件的熱燈絲電阻的 變化來評價的。4.3dbd等離子體研究及其環(huán)境工程方面的應用前景盡管介質(zhì)阻擋放電在一些領域已經(jīng)獲得應用并正向新的領域擴 展，但仍有許多問題需要解決。問題主要表現(xiàn)在工業(yè)應用中機理不清、 工藝過程復雜且重復性差、產(chǎn)率不高、效率低下并缺乏有效的診斷手 段等一系列問題，因此有必要在相應的

12、基礎研究方面加大力度。重點需要研究的方面有:(1)應用過程中的參數(shù)優(yōu)化:通過實驗與理論分析, 找岀影響產(chǎn)生等離子體狀態(tài)的主要作用參量，并研究控制等離子體化 學反應方向的參量;(2)弄清dbd微放電機理;(3)優(yōu)化dbd反應器結構, 優(yōu)化電源、放電形式與反應器之間的匹配,提高能量利用效率;(4)窄脈 沖和高介電常數(shù)介質(zhì)阻擋層的研究；(5)dbd伏安特性研究，對等離子 體電源設計和提高放電效率有重要的指導意義。一旦在理論、診斷及 相互作用機理上有所突破，必將進一步推動dbd在工業(yè)領域的應用, 將會帶來更大的經(jīng)濟效益和社會效益。(a)(b)圖10(等離子體mems紅外光源器件實物圖；(b)新穎 的低

13、成本等離子光學紅外氣體傳感系統(tǒng)概念的示意 圖;(c)采用等籬子體mems紅外光源在開路氛圍 中進行氣體測雖的裝置原理圖參考文獻：美國thermofisher公司icp電感耦合等離子原子發(fā)射光譜培訓教 程z.美國：thermofisher 公司.2陳新坤電感耦合等離子體光譜法原理和應用m天津：南開大學 出版社，1987.孔徳營微波消解icp-aes法在甘草、山藥中重金屬殘留檢測的應 用研究d西南大學，2007.4j.r.garbarino,h.e.taylo匚statistical evaluation of an indue tively coupled plasma atomic emiss

14、ion spectrometric method forroutine water quality testing,appl.spectrosc.,1985,39(3):535-541|5g.scamarcio,ecapasso,c.sirtorietal.high-power infrared super lattice lasers j. science ,1997, 276(5313):773776 c.h.mastrangelo,j.h.yeh,r.s.muller.electricaland opticalcharacteristics of vacuum-sealed polysi

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