尘埃等离子体由电子、离子、中性气体和尘埃颗粒组成,是近年来等离子体物理领域中一个比较活跃的分支。在等离子体环境中,尘埃颗粒由于与等离子体电子、离子相互碰撞而充电,同时与等离子体相互作用吸收能量并且转化为颗粒动能。然而尘埃颗粒通常随机运动,获得的能量不能够有效的收集和利用。将尘埃颗粒的随机运动整流形成定向运动,无论是对尘埃等离子体物理基础研究还是能量收集方面潜在的应用都具有重要研究价值。我们前期提出了尘埃等离子体棘轮的概念,设计出了树脂棘轮实验装置,实现了尘埃颗粒的可控性整流,即将等离子体环境中尘埃颗粒的随机运动整流为定向运动。我们发现,树脂棘轮形成的棘轮势对颗粒的整流起到了非常大的作用。由于树脂介质棘轮与金属导体棘轮形成的棘轮势差别巨大,因此,金属棘轮中尘埃颗粒的整流情况如何?这是本文重点关注的内容。本文在尘埃等离子体棘轮模型基础上,通过实验与模拟两方面对尘埃等离子体金属棘轮与齿环中颗粒的运动以及不同属性颗粒的整流进行了研究。结果表明:1)在金属棘轮中,颗粒的运动方向为逆向,颗粒在锯齿通道内的运动速度很快且呈周期性变化。当改变气压或功率时,鞘层的变化引起颗粒平均角速度会随着功率或气压的增加而变小。进一步我们对实验过程进行了模拟,重现了实验现象。2)在金属齿环中,颗粒的分布状态从尘埃云演变成为尘埃链的过程与树脂齿环中颗粒分布演变过程相似,不同的是在金属齿环中尘埃涡流出现了正逆旋转的现象,并且是可逆的和可控制的。尘埃涡流旋转方向逆转的机制与尘埃等离子体棘轮中颗粒正逆流的原因相同,也源于沿切向的不对称棘轮势能在不同的等离子体参数下的逆转。3)相比于密实材质尘埃颗粒和极性介质尘埃颗粒,树脂棘轮对多孔材质尘埃颗粒与非极性介质颗粒的整流效果更好。研究结果进一步完善了尘埃等离子体棘轮模型,得到了更全面的尘埃等离子体棘轮实现整流的机制和规律,以及有助于深入了解尘埃颗粒在等离子体中的动力学机制。在此基础上,可以进一步设计并完善尘埃等离子体马达方案,实现等离子体环境中尘埃颗粒能量的利用。