【摘 要】
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射频容性微束放电在合成纳米粒子方面有很好的应用前景,相较于其它的气溶胶过程,采用非热平衡等离子体合成纳米粒子,存在粒子充电、粒子约束和选择性的纳米颗粒加热现象,这使得非热等离子体合成的纳米粒子具有更狭窄、可控的粒径分布且合成的纳米粒子更易收集。采用射频容性微束工艺可以很好地控制颗粒结晶度、颗粒形态和颗粒大小,并且这一工艺通常会使等离子体形成一个旋转的丝状放电通道,该现象对于合成高度规则的粒子非常有
【基金项目】
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国家自然科学基金(批准号:11675039,12075049); 中央高校基本科研业务费专项资金(批准号:DUT18TD06,DUT20LAB201);
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射频容性微束放电在合成纳米粒子方面有很好的应用前景,相较于其它的气溶胶过程,采用非热平衡等离子体合成纳米粒子,存在粒子充电、粒子约束和选择性的纳米颗粒加热现象,这使得非热等离子体合成的纳米粒子具有更狭窄、可控的粒径分布且合成的纳米粒子更易收集。采用射频容性微束工艺可以很好地控制颗粒结晶度、颗粒形态和颗粒大小,并且这一工艺通常会使等离子体形成一个旋转的丝状放电通道,该现象对于合成高度规则的粒子非常有利,同时丝状放电的现象也极大地决定了气体的解离。在以往的研究中,Ar和H2是这一工艺常用的气体,Ar常被应用在含H气体中如Si H4,而H2通常则作为含卤族元素气体如Si Cl4的反应物,参与纳米粒子的合成。因此,本文利用ICCD、单反相机、高压探头和电流探头等对Ar、H2以及不同比例的Ar/H2混合气体中进行射频容性微束放电的物理特性研究。主要测量了不同放电条件下,等离子体的空间分布情况、放电模式的转换。研究发现:(1)在Ar射频容性微束放电中,低气压下等离子体充满整个微束放电管,此时放电是辉光放电模式;随着气压的增加,等离子体逐渐收缩,发光区域逐渐变短、变细;继续增加气压,等离子体在高压电极附近会收缩成两个丝状放电通道,然后向地电极输运时再汇聚成一个放电通道,此时放电是辉光放电与丝状放电的混合模式;进一步增加气压,等离子体逐渐收缩到两个电极之间,并且出现明显的两个或者三个丝状放电通道,而且等离子体在微束管内旋转游动,此时放电是多通道丝状放电模式。(2)在Ar/H2混合气体放电中,低气压时是全空间分布的辉光放电模式,中等气压时是向轴心收缩的辉光放电模式,最后到高气压的“环状”辉光放电模式;(3)在H2射频容性微束放电中,低气压是全空间分布的辉光放电模式,高气压是“环状”辉光放电模式。放电模式的转换是由电子加热、趋肤效应和气体的热传导过程共同导致的;尤其是H2的热传导系数远高于Ar的热传导系数,从而使得在高气压Ar放电中的多通道丝状放电模式不在混合气体和H2放电中出现。
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