【摘要】：大氣壓等離子體微射流是特征尺度在1mm以下、在常壓和開放空間中以射流形式產(chǎn)生的微等離子體,它除了具有常規(guī)尺寸(數(shù)mm～數(shù)cm)大氣壓等離子體射流的活性粒子密度高、溫度低、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可對三維復(fù)雜樣品進(jìn)行處理等優(yōu)點(diǎn)外,由于等離子體被限制在更小的區(qū)域,可以直接對樣品中微小區(qū)域進(jìn)行處理,或?qū)蝹�(gè)細(xì)胞進(jìn)行處理,因此其在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中有巨大的應(yīng)用潛力。但單根微射流處理效率低,采用多個(gè)微射流組成的微射流陣列可以大大提高處理效率。為了能理解微射流及其陣列的產(chǎn)生機(jī)理,并通過優(yōu)化裝置和工作參數(shù)的調(diào)控,使其具有更好的處理效果,因此對于微射流及其陣列的放電特性研究尤為重要。但目前的研究主要集中在常規(guī)尺寸的大氣壓等離子體射流及其陣列,微射流及微射流陣列的放電特性研究卻非常少。基于以上研究背景,本文以本課題組提出的大氣壓等離子體微射流及陣列產(chǎn)生裝置為基礎(chǔ),研究不同放電參數(shù)對微射流和微射流陣列放電特性的影響,為之后的具體應(yīng)用提供重要的指導(dǎo)與幫助。論文的主要內(nèi)容如下:選用COMSOL仿真軟件對微射流產(chǎn)生裝置進(jìn)行有限元分析仿真,研究分析不同放電參數(shù)對于等離子體微射流的影響。并結(jié)合實(shí)際情況,優(yōu)化大氣壓等離子體微射流產(chǎn)生裝置,為后續(xù)實(shí)驗(yàn)開展提供了優(yōu)良的基礎(chǔ)。采用高速紋影攝影裝置對等離子體微射流和微射流陣列進(jìn)行流場分析。分析放電電壓對于微射流的流場特性的影響;分析氣體流速和激勵(lì)電壓對微射流陣列的空間均勻性的影響。利用微射流和微射流陣列對光刻膠進(jìn)行刻蝕實(shí)驗(yàn),研究氧氣含量、電壓幅值、樣品間距等不同的放電參數(shù)和工作條件對于刻蝕孔的大小、深度、形貌和表面質(zhì)量的影響,為微射流及其陣列的實(shí)際應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O53;O461.2
【圖文】：

微等離子體通常是指在所存在的空間中，至少在某一個(gè)維度上的尺寸小于逡逑１ｍｍ的等離子體％該尺寸即為微等離子體的特征尺寸。Ｂｒａｎｄｅｎｂｕｒｇ等人將微逡逑等離子體按照激勵(lì)電源的時(shí)間尺度和放電結(jié)構(gòu)的不同進(jìn)行劃分［７］，如圖１．３所示。逡逑由此可知，以射流形式呈現(xiàn)的微等離子體在直流、交流、射頻與微波等多種不同逡逑電源激勵(lì)下均可以順利產(chǎn)生。結(jié)合上述微等離子體的定義可以得知，特征尺寸在逡逑１ｍｍ之下的大氣壓等離子體射流即為大氣壓低溫等離子體微射流。逡逑相較于常規(guī)尺寸的大氣壓低溫等離子體射流而言，大氣壓等離子體微射流不逡逑但具有無需真空設(shè)備輔助，可在大氣壓環(huán)境下產(chǎn)生接近室溫、蘊(yùn)含豐富的化學(xué)活逡逑性粒子的等離子體，并可直接處理樣品的優(yōu)勢，還因其較小的特征尺寸，等離子逡逑體往往被約束在狹小的區(qū)域之內(nèi)，致使產(chǎn)生的微射流具有更為豐富的活性基團(tuán)和逡逑更好的熱穩(wěn)定性能。逡逑Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ逡逑（Ｈｒ｝邋１１０ｓ邐１１０ｓ邐｜邋Ｗ邐｜邋１０＊邐＾逡逑ＤＣ邐ＡＣ邐ＲＦ邐ＭＷ逡逑Ｍｃｒｏｇａｐｄ＾ｃｈａｒｇｅｓ邋邐＂Ｊ：二客逡逑Ｐｌａｓｍａ邋ｊｅｔ邋Ｏ逡逑邐邋邐邐邐邐邋■■■■■■—＿？？丨邐■■■■■■■邋邐邐逡逑ＣＢｔ．邋ＭＨＣＤ

大氣壓低溫等離子體微射流是近些年等離子體科研領(lǐng)域的熱門課題之一。因逡逑其富含大量活性粒子、無需真空設(shè)備輔助、等離子體溫度接近室溫、成本低廉等逡逑眾多優(yōu)勢，研究人員早己將其成功應(yīng)用在材料處理與生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域之中。逡逑（１）材料處理逡逑大氣壓低溫等離子體微射流在材料處理中的應(yīng)用主要包括：材料刻蝕［８＿９］、逡逑材料表面改性［１（Ｍ１］以及薄膜沉積［１２＿１３］等。材料刻蝕是利用等離子體中蘊(yùn)含的高能逡逑粒子對目標(biāo)物體進(jìn)行轟擊并誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)，通過氣流將生成物帶走從而實(shí)現(xiàn)材料逡逑去除的目的。圖１．４展示的華中科技大學(xué)于堯課題組利用大氣壓低溫等離子體微逡逑射流對碳納米管薄膜進(jìn)行無掩膜圖案化刻蝕，并利用刻蝕后的材料制作超級電容。逡逑材料表面改性即是通過等離子體微射流中的活性成分改變材料表面化學(xué)成分或逡逑組織結(jié)構(gòu)，以改善材料的親／疏水性，粘附性等性能。圖１．５為大連理工大學(xué)劉逡逑新教授課題組使用大氣壓等離子體微射流在超疏水鋁表面制作超親水圖案。材料逡逑沉積則是通過等離子體將相關(guān)材料在材料表面進(jìn)行堆積，達(dá)到沉積的效果。圖１．６逡逑展示的是蘭州大學(xué)Ｓｈｉｒａｉ等人使用等離子體微射流在樣品表面沉積低介質(zhì)常數(shù)逡逑的ＳｉＯＣ薄膜。逡逑

大氣壓低溫等離子體微射流是近些年等離子體科研領(lǐng)域的熱門課題之一。因逡逑其富含大量活性粒子、無需真空設(shè)備輔助、等離子體溫度接近室溫、成本低廉等逡逑眾多優(yōu)勢，研究人員早己將其成功應(yīng)用在材料處理與生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域之中。逡逑（１）材料處理逡逑大氣壓低溫等離子體微射流在材料處理中的應(yīng)用主要包括：材料刻蝕［８＿９］、逡逑材料表面改性［１（Ｍ１］以及薄膜沉積［１２＿１３］等。材料刻蝕是利用等離子體中蘊(yùn)含的高能逡逑粒子對目標(biāo)物體進(jìn)行轟擊并誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)，通過氣流將生成物帶走從而實(shí)現(xiàn)材料逡逑去除的目的。圖１．４展示的華中科技大學(xué)于堯課題組利用大氣壓低溫等離子體微逡逑射流對碳納米管薄膜進(jìn)行無掩膜圖案化刻蝕，并利用刻蝕后的材料制作超級電容。逡逑材料表面改性即是通過等離子體微射流中的活性成分改變材料表面化學(xué)成分或逡逑組織結(jié)構(gòu)，以改善材料的親／疏水性，粘附性等性能。圖１．５為大連理工大學(xué)劉逡逑新教授課題組使用大氣壓等離子體微射流在超疏水鋁表面制作超親水圖案。材料逡逑沉積則是通過等離子體將相關(guān)材料在材料表面進(jìn)行堆積，達(dá)到沉積的效果。圖１．６逡逑展示的是蘭州大學(xué)Ｓｈｉｒａｉ等人使用等離子體微射流在樣品表面沉積低介質(zhì)常數(shù)逡逑的ＳｉＯＣ薄膜。逡逑

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本文編號：2791263