【摘要】：塵埃等離子體是等離子體和帶電塵埃顆粒共同存在、相互作用的產(chǎn)物。它不僅在空間等離子體、等離子體處理技術(shù)、生物系統(tǒng)、凝聚態(tài)物質(zhì)等方面有所應(yīng)用,而且是研究納米流體、相變以及傳輸過(guò)程等的理想模型。由于塵埃等離子體中的塵埃粒子帶有大量的電荷,其表現(xiàn)出了許多的集體效應(yīng),例如:渦流、波和振蕩。盡管渦流現(xiàn)象在一些研究中已經(jīng)被發(fā)現(xiàn),但是,這些渦流的產(chǎn)生是在微重力條件下或者有外加磁場(chǎng)的情況,且多為雙渦流,其形成機(jī)制仍不明確。針對(duì)于此,我們?cè)O(shè)計(jì)了不對(duì)稱鋸齒射頻容性輝光放電裝置,首次在水平面上獲得了二維單渦流,該渦流沿鋸齒的長(zhǎng)邊方向做定向旋轉(zhuǎn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn):1)非對(duì)稱鋸齒中塵埃粒子的分布和運(yùn)動(dòng)與氣體壓力、放電功率和塵埃粒子數(shù)等有關(guān),給出了渦流旋轉(zhuǎn)速度隨控制參數(shù)的定量曲線;2)通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)鋸齒結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱性對(duì)渦流的旋轉(zhuǎn)起著重要作用。進(jìn)一步,通過(guò)理論分析發(fā)現(xiàn),由于系統(tǒng)的不對(duì)稱性,局部離子流和等離子體鞘層電場(chǎng)產(chǎn)生的合力具有非零的旋度,從而使得渦旋實(shí)現(xiàn)持續(xù)旋轉(zhuǎn)。同時(shí),我們利用分子動(dòng)力學(xué)對(duì)鋸齒中塵埃渦流在水平面上的定向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。此外,我還通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了塵埃顆粒之間非相互的作用。在玻璃圓環(huán)約束條件下,當(dāng)塵埃顆粒數(shù)較多時(shí),塵埃子系統(tǒng)在豎直方向上呈現(xiàn)兩層分布。我們觀察到上下相鄰兩層的塵埃粒子以塵埃分子的形式存在。通過(guò)使用高空間分辨率的測(cè)量,研究了塵埃分子的形成和分離。塵埃分子速度相關(guān)運(yùn)算結(jié)果表明,當(dāng)上下兩個(gè)塵埃粒子之間的距離小于臨界距離時(shí),這兩個(gè)塵埃粒子會(huì)以塵埃分子的形式存在,下面的塵埃粒子會(huì)跟隨上面的塵埃粒子運(yùn)動(dòng),表現(xiàn)出協(xié)同運(yùn)動(dòng)。當(dāng)它們之間的距離大于臨界距離時(shí),塵埃分子會(huì)分離,分離后的塵埃粒子有可能和其相鄰顆粒形成新的塵埃分子。塵埃顆粒相互作用以及集體效應(yīng)的研究對(duì)深入理解塵埃等離子體動(dòng)力學(xué)具有重要意義。
【圖文】：

圖 1-1 塵埃等離子體的存在：其中（a）是宇宙中的塵埃等離子體，摘自百度圖片；（b）是 Seiwyn等人第一次在射頻放電實(shí)驗(yàn)中，在基片表面觀察到的塵埃粒子，摘自文獻(xiàn) 24；（c）是我們?cè)趬m埃等離子體實(shí)驗(yàn)中拍攝的塵埃粒子，摘自文獻(xiàn) 43.塵埃等離子體的存在可謂天地之間[9-16]，例如：宇宙空間（星際空間，行星環(huán)，彗星尾，地球大氣層……），半導(dǎo)體工業(yè)領(lǐng)域，以及聚變等實(shí)驗(yàn)。如圖 1-1 所示，給出了不同環(huán)境下一些塵埃等離子體存在的照片。在這里，對(duì)塵埃等離子體里包含的塵埃粒子,是需要做一下特別說(shuō)明。首先，對(duì)塵埃粒子的來(lái)源：可以分為自發(fā)產(chǎn)生和人為產(chǎn)生，也就是說(shuō)，在一些塵埃等離子體中，塵埃粒子是與生俱來(lái)的，，即等離子體放電過(guò)程中自發(fā)產(chǎn)生塵埃粒子，例如圖 1-1（b）中的塵埃粒子為放電過(guò)程中放電室內(nèi)的一些氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生[16-18]。而有些塵埃等離子體中的塵埃粒子是人為的向等離子體系統(tǒng)撒入的外來(lái)顆粒，如圖 1-1（c）中的塵埃粒子是我們?cè)诜烹姰a(chǎn)生等離子體后撒入的已知顆粒物。其次，塵埃粒子的帶電性：塵埃粒子源于和等離子體中的電子和離子碰撞，紫外輻射光電子發(fā)射，離子濺射，二次電子發(fā)射等過(guò)程而帶電，其帶電性可以為正電，也可以為負(fù)

河北大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文第三章 不對(duì)稱鋸齒中塵埃渦流的旋轉(zhuǎn)研究對(duì)于塵埃等離子體中塵埃粒子的研究，人們首先考慮到的就是通過(guò)外力（例如：激光推動(dòng)，探針擾動(dòng)，外加磁場(chǎng)…….）作用，觀察塵埃粒子在等離子體中會(huì)出現(xiàn)怎樣的的現(xiàn)象或者運(yùn)動(dòng)。在這些不同方式的作用下，類似各個(gè)行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)或者龍卷風(fēng)這樣的渦流運(yùn)動(dòng)、塵�？斩�、塵埃晶格、塵埃波等眾多富含物理機(jī)制的現(xiàn)象在塵埃等離子體中出現(xiàn)。本文不同于以上作用方式，而是利用非對(duì)稱的鋸齒結(jié)構(gòu)約束塵埃粒子。3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
【學(xué)位授予單位】：河北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O53

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本文編號(hào)：2623138