微波等離子體調(diào)研報(bào)告

1、微波熱等離子體炬微波熱等離子體炬報(bào)告人：林啟富指導(dǎo)老師：倪國華2022-1-1中科院等離子體物理研究所2022-1-1中科院等離子體物理研究所報(bào)告提綱微波熱等離子體研究狀況微波熱等離子體實(shí)驗(yàn)裝置微波熱等離子體調(diào)試與分析微波熱等離子體應(yīng)用微波熱等離子體研究狀況國家與地區(qū)出版年份研究方向出版物來源2022-1-1中科院等離子體物理研究所國家與地區(qū)2022-1-1中科院等離子體物理研究所 結(jié)論結(jié)論 微波熱等離子體的主要研究國家是美國，中國和韓國出版年份2022-1-1中科院等離子體物理研究所 結(jié)論結(jié)論 06年左右是微波熱等離子體的黃金發(fā)展期研究方向2022-1-1中科院等離子體物理研究所 結(jié)論結(jié)論

2、微波熱等離子體主要應(yīng)用方向是物理學(xué)，化學(xué)，光譜學(xué)和材料科學(xué)出版物來源2022-1-1中科院等離子體物理研究所 結(jié)論結(jié)論 微波熱等離子體論文發(fā)表的主要期刊是SPECTROCHIMICA ACTA PART B ATOMIC SPECTROSCOPYIEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCEJOURNAL OF ANALYTICAL ATOMIC SPECTROMETRY 微波熱等離子體裝置微波熱等離子體裝置圖微波的產(chǎn)生微波等離子體參數(shù)微波等離子體優(yōu)缺點(diǎn)2022-1-1中科院等離子體物理研究所微波熱等離子體裝置圖2022-1-1中科院等離子體物理研究所磁控管磁控管環(huán)形器

3、環(huán)形器水負(fù)載水負(fù)載定向耦定向耦合器合器銷釘調(diào)銷釘調(diào)配器配器模式轉(zhuǎn)模式轉(zhuǎn)換器換器石英管石英管短路活短路活塞塞諧振腔諧振腔體體耦合天耦合天線線微波的產(chǎn)生 微波是由特殊裝置把直流電或者交流電轉(zhuǎn)換而來 微波主要器件分類電真空器件(電子管)半導(dǎo)體器件磁控管多腔速調(diào)管行波管2022-1-1中科院等離子體物理研究所微波等離子體參數(shù)微波頻率分為915MHz和2450MHz微波等離子體放電是自持放電一般情況下，微波等離子體是非平衡的冷等離子體諧振腔腔體部分密度可達(dá)1014/cm32022-1-1中科院等離子體物理研究所各種放電等離子體參數(shù)范圍等離子體發(fā)生方法 Ne/cm3E/(V/cm)p/(torr)Te/K

4、Tg/K直流弧光放電104 100104 104 直流輝光放電109101250100002*104 100104 4*102 高頻放電108 -109100500100104 7*102微波放電(冷)1011100104 103微波放電(熱)10146*1036*1032022-1-1中科院等離子體物理研究所微波熱等離子體優(yōu)缺點(diǎn)無電極放電，等離子體純凈而且密度高對(duì)氣體放電的譜帶很寬，更能增強(qiáng)氣體分子的激發(fā)，電離和離解過程利用磁場來傳送等離子體，實(shí)現(xiàn)工藝加工區(qū)域與放電區(qū)域相分離大氣壓微波等離子體無需抽真空，簡化設(shè)備，減少投資工作氣壓范圍廣，從幾個(gè)大氣壓到10-32022-1-1中科院等離子體物

5、理研究所微波熱等離子體兩大研究方向微波等離子體發(fā)生器裝置的設(shè)計(jì)，腔體內(nèi)電磁場的分布。微波等離子體的應(yīng)用2022-1-1中科院等離子體物理研究所微波波導(dǎo)腔體諧振腔四種結(jié)構(gòu)加裝短路活塞的常規(guī)型波導(dǎo)諧振腔窄邊階梯型壓縮波導(dǎo)諧振腔窄邊漸變型壓縮波導(dǎo)諧振腔窄邊雙向漸變壓縮型波導(dǎo)諧振腔2022-1-1中科院等離子體物理研究所2022-1-1Plasma Sources Sci. Technol. 15(2006) S26S34Ne 5.08.0 ( 1014)cm3Tempreture:6000KPlasma radius:10mm2022-1-1中科院等離子體物理研究所Appl. Phys. Lett.

6、 92, 071503 (2008)Power 1.2kWInjection rate 1.15l/hDensity of DMMP 124g/mole加裝短路活塞的常規(guī)型波導(dǎo)諧振腔2022-1-1J. Jonkers et al. / Spectrochimica Acta Part B 51 (1996) 1385 1392 inner dimensions 86.1 x 42.9 ram2gas, temperatures 25 000 KGas densities 0.64 5.1 x 10 20 m -3裝置調(diào)試與分析短路活塞的位置噴嘴的形狀噴嘴的位置通氣量2022-1-1中科院等離

7、子體物理研究所裝置調(diào)試與分析短路活塞的位置不同電場分布2022-1-1(a)L=130mm; (b)L=140mm; (c)L=150mm; (d)L=160mm;2022-1-1中科院等離子體物理研究所結(jié)論：大概在結(jié)論：大概在130.5左右左右微波能量達(dá)到最大微波能量達(dá)到最大由上面兩幅圖可知，短路活塞距離耦合天線中心軸在L=130mm左右時(shí)電磁場最大對(duì)于波導(dǎo)波長為，則L=3 /4可以用ansoft HFSS 對(duì)諧振腔內(nèi)部電場進(jìn)行模擬2022-1-1中科院等離子體物理研究所微波等離子體諧振腔電磁場分布TE103模電磁場強(qiáng)度分布2022-1-1中科院等離子體物理研究所 TE10模電磁場結(jié)構(gòu)圖20

8、22-1-1中科院等離子體物理研究所郭碩鴻，電動(dòng)力學(xué)(高等教育出版社)不同噴嘴結(jié)構(gòu)下電場分布(a)突變型(b)漸變型2022-1-1中科院等離子體物理研究所噴嘴的位置 (a)突出 (b)平齊 (c)縮進(jìn)2022-1-1中科院等離子體物理研究所0.1cm表示噴嘴在諧振腔內(nèi)部距離諧振腔表面的距離0cm 0.2cm 0.4cm噴嘴伸出諧振腔表面的距離2022-1-1中科院等離子體物理研究所窄邊雙向漸變壓縮型波導(dǎo)諧振腔2022-1-1Surface & Coatings Technology 202 (20 08) 5275 5279inner diameters of the needles

9、 0.14 to 0.92 mmOuter diameters of the needles 0.32 to 1.28 mmgas flow rate was 5 0800 mL/min微波等離子體化學(xué)氣相沉積微波等離子體表面改性微波等離子體制備粉體材料微波等離子體進(jìn)行原子光譜分析微波等離子體降解有害物質(zhì)（生化武器材料）2022-1-1中科院等離子體物理研究所dimethylmethylphosphonate (DMMP)甲基膦酸二甲酯chemical warfare agentsPower:1.2kWdestruction rate:1.14l/L2022-1-1APPLIED PHYSIC

10、S LETTERS92, 071503 (2008)The FTIR spectra of the discharge gas from DMMP destruction with additional oxygen at rates of (a) 0l/ m,(b) 20 l / m, and (c) 40 l / m.2022-1-1 結(jié)論結(jié)論 1. intermediary compounds are shown in Figs. (a)and (b), disappeared in Figs.(c)2. The intensity of co2 increasedco2APPLIED

11、PHYSICS LETTERS92, 071503 (2008)2022-1-1GC spectra of samples of the intermediary compounds collected from the inner surface of the reaction chamber after 2 min of DMMP de-struction in the plasma torch for the additional oxygen at rates of (a) 0l/ m,(b) 20 l / m, and (c) 40 l / m. 結(jié)論結(jié)論 1. intermedia

12、ry compounds are shown in Figs. (a)and (b), disappeared in Figs.(c)2. Perfect oxidation in Figs.(c)APPLIED PHYSICS LETTERS92, 071503 (2008)Carbon nanotubes(CNT) synthesis in microwave plasma torch2022-1-1Materials Science and Engineering C 26 (2006) 1189 1193兩個(gè)形成階段：核化，生長 兩種生長模式2022-1-1許根慧，等離子體技術(shù)及應(yīng)用(

13、化學(xué)工業(yè)出版社，2006)Fig.2. SEM micrograph of carbon nanotubes deposited on Si/SiO2/Fe substrate (gas flow of Ar 1000 sccm, H2 300 sccm, CH4 50 sccm, substrate temperature 970 K).2022-1-1 結(jié)論結(jié)論 The CNTs prepared at theabove given conditions exhibited a high density and a good vertical alignment perpend icula

14、r to the substrateMaterials Science and Engineering C 26 (2006) 1189 1193Fig. 3. TEM micrograph of carbon nanotubes deposited on Si/SiO2/Fe substrate (gas flow of Ar 1000 sccm, H2 300 sccm, CH4 50 sccm, substratetemperature 970 K).2022-1-1Materials Science and Engineering C 26 (2006) 1189 1193 結(jié)論結(jié)論

15、the TEM micrographs did not show clearly met al particles a t the nanotube ends微波等離子體制備粉體材料Fabrication of diamond nanopowder using microwave plasma torch technique2022-1-1Int J Adv Manuf Technol34: (2007) 316 3222022-1-1Int J Adv Manuf Technol34: (2007) 316 322 結(jié)論結(jié)論 the larger flow rate of Ar or gre

16、ater pressure of thereaction chamber indicates the bigger synthesized nano-particles2022-1-1Int J Adv Manuf Technol34: (2007) 316 322 結(jié)論結(jié)論 the larger flow rate of N2 or greater pressure of thereaction chamber indicates the bigger synthesized nano-particles微波等離子體進(jìn)行原子光譜分析Fig. 3. Schematic diagram in which the TIA is used to create a freely expanding plasma. The emission signal of the pla