等离子体技术与应用PDF电子书下载

1.1 等离子体概念 1

1　等离子体基本原理 1

1.1.1 物质的三态变化 2

1.1.2 物质第四态——等离子体 2

1.2 等离子体特征和等离子体判据 3

1.2.1 等离子体的整体特性 3

1.2.2 等离子体的准电中性 3

1.2.3 等离子体鞘层 4

1.2.4 等离子体扩散过程 5

1.2.5 等离子体辐射 5

1.3.1 粒子密度和电离度 7

1.3.2 电子温度和离子温度 7

1.3 等离子体的特征量及等离子体判据 7

1.3.3 沙哈方程 8

1.3.4 等离子体的时空特征限量 8

1.3.5 等离子体判据 8

1.4 等离子体的分类 9

1.4.1　按存在分类 9

1.4.2 按电离度分类 9

1.4.3 按粒子密度分类 9

1.4.4 按热力学平衡分类 10

1.5 等离子体的应用 10

1.5.1 等离子体物理 10

1.5.2 等离子体化学 10

参考文献 13

1.5.4 等离子体工业应用实例 13

1.5.3 等离子体工程 13

2 等离子体化学行为 14

2.1 等离子体的超常化学现象 14

2.2 非平衡等离子体的激活作用 17

2.2.1 碰撞参数 18

2.2.2 等离子体中的基本粒子 18

2.2.3 等离子体产生的电离机制 21

2.3 电离过程分析——电子雪崩现象 23

2.4 等离子体化学反应历程 25

2.4.1 电子反应 26

2.4.2 重粒子之间的反应 26

2.4.3 举例分析 26

参考文献 29

3 等离子体发生技术 30

3.1 气体放电特性与原理 30

3.1.1 汤森放电 31

3.1.2 帕邢定律（Paschen law） 32

3.1.3 气体原子的激发转移和消电离 32

3.2 放电等离子体发生形式与放电类型 33

3.2.1 电晕放电过程 33

3.2.2 火花放电过程 34

3.2.3 介质阻挡放电（DBD）过程 34

3.2.4 辉光放电 35

3.2.5 弧光放电过程 35

3.3.1 放电参量 36

3.3 放电参量与等离子体作用 36

3.2.6 微波放电 36

3.3.2 等离子体作用举例分析——辉光放电等离子体作用 37

3.4 等离子体工业发生技术 41

3.4.1 高频等离子体发生技术 41

3.4.2 介质阻挡放电（DBD）等离子体技术制臭氧 42

参考文献 43

4 介质阻挡放电等离子体技术与应用 44

4.1 介质阻挡放电特性 44

4.1.1 介质阻挡放电反应器 44

4.1.2 介质阻挡放电的物理过程 44

4.2 介质阻挡放电物理参数的测量 46

4.2.1 介质阻挡放电的参数和过程 46

4.1.3 介质阻挡放电特性 46

4.2.2 介质阻挡放电的电场强度 47

4.2.3 介质阻挡放电的等效电路 48

4.2.4 介质阻挡的放电电压 48

4.2.5 介质阻挡的放电电流 49

4.2.6 介质阻挡的放电电荷 49

4.2.7 介质阻挡放电的功率 50

4.3 甲烷的微放电 51

4.3.1 微放电的形貌 51

4.3.2 微放电的特征 52

4.3.3 测量方法 53

4.4 无声放电等离子技术在化工中的应用——天然气转化和CO2利用 53

4.4.1 介质阻挡放电等离子体催化天然气偶联制C2烃 54

4.4.2 甲烷和二氧化碳反应 59

4.5 偶联历程的量子化学研究 65

4.5.1 反应途径的推定 66

4.5.2 计算方法 66

4.5.3 过渡态的几何构型 67

4.5.4 生成热和活化能 68

4.5.5 键级分析 69

4.5.6 内禀反应坐标（IRC）反应路径分析 70

4.5.7 结语 72

参考文献 72

5 电晕和辉光放电等离子体技术与应用 74

5.1 电晕和辉光放电等离子体性质分类 74

5.1.1 电晕放电 74

5.2.1 等离子体鞘层效应 75

5.1.2 辉光放电 75

5.2 等离子体鞘层效应和放电的机理分析 75

5.2.2 电晕放电的机理分析 78

5.3 电晕和辉光放电等离子体技术在化工中的应用——甲烷和二氧化碳制合成气、甲烷偶联制碳二烃 80

5.3.1 利用电晕放电冷等离子体技术，甲烷和二氧化碳制合成气 80

5.3.2 非对称电极电晕放电场的能量分布 90

5.3.3 常压辉光放电甲烷偶联制碳二烃 93

5.3.4 等离子体甲烷常压偶联反应的光谱分析 98

参考文献 104

6 微波放电等离子体技术与应用 106

6.1 微波等离子体原理 106

6.1.1 微波在等离子体中的传播特性 107

6.1.2 微波等离子体的电子能量吸收的计算 109

6.2.1 微波等离子体化学气相沉积系统 112

6.2 微波等离子体化学气相沉积系统 112

6.2.2 溶胶雾化微波等离子体化学气相制备薄膜材料 115

6.3 微波等离子化学气相沉积的应用 119

6.3.1 微波等离子体化学气相沉积制备薄膜 119

6.3.2 微波等离子体化学气相沉积法制备纳米管 121

6.3.3 微波等离子体制备粉体材料 122

6.3.4 微波等离子体表面改性 124

参考文献 127

7 放电等离子体技术与在薄膜制备中的应用（一） 128

7.1 等离子体的形成与检测 128

7.1.1 低温等离子体的形成方法 128

7.1.2 等离子体的测量 130

7.2.1 溅射现象 133

7.2 等离子体溅射现象与性质 133

7.2.2 溅射率 134

7.2.3 溅射率的测量法 134

7.2.4 各种物质的溅射率 136

7.2.5 各种物质起始溅射的能量阈值 138

7.2.6 离子的加速电压同溅射率的关系 138

7.2.7 溅射率和晶体结构的关系 140

7.2.8 离子束相对靶面的入射角同溅射率的关系 140

7.2.9 从靶面上被溅射出来的粒子状态 140

7.2.10 被溅射出来的原子的角度分布 141

7.3 溅射装置和工作原理 141

7.3.1 直流二极溅射装置及工作原理 142

7.3.3 对向靶溅射装置和原理 143

7.3.2 磁控溅射装置和原理 143

7.3.4 射频溅射装置和工作原理 144

7.3.5 离子束溅射装置与原理 147

7.3.6 反应溅射法的成膜原理 147

7.3.7 激光束成膜装置 148

参考文献 148

8 放电等离子体技术与在薄膜制备中的应用（二） 150

8.1 高密度磁记录用的垂直磁化薄膜 150

8.1.1 Co-Cr系垂直磁化薄膜 150

8.1.2 钡铁氧体（BaM）垂直磁化薄膜 154

8.2 对向靶反应溅射FeN薄膜 156

8.2.1 对向靶反应溅射α″-Fe16N2单晶薄膜 156

8.2.2 Fe-N梯度薄膜 159

8.2.3 Ti掺杂α″-Fe16N2薄膜的结构热稳定性增强 162

8.3 碳氮薄膜 163

8.3.1 碳氮薄膜的化学成分——氮含量 164

8.3.2 碳氮薄膜的化学键结构 166

8.3.3 碳氮薄膜的力学性质 169

8.3.4 碳氮薄膜的电学性质 170

8.3.5 光学性质 170

8.3.6 热稳定性 171

8.3.7 类芳香烃结构的碳氮薄膜 172

8.4 软X射线光学多层膜 172

8.4.1 软X射线金属多层膜的结构设计 173

8.4.2 软X射线光学多层膜的制备、结构稳定性与反射率 175

8.4.3 软X射线光学多层膜的结构评价 178

8.5 磁隧道结（MTJ） 179

8.5.1 MTJ中铁磁薄膜层之间的隧穿电导 180

8.5.2 隧道结的制备及性质测量 183

8.5.3 实验结果 183

8.6 颗粒薄膜 185

8.6.1 铁磁性金属－非磁性金属颗粒膜 186

8.6.2 金属－绝缘体颗粒薄膜 188

8.6.3 与颗粒结构相关的其他磁性质 195

8.6.4 应用 195

参考文献 196

9 等离子体在高分子化学中的应用 198

9.1 低温等离子体在高分子化学中的应用 198

9.2 等离子体聚合 199

9.2.1 等离子体聚合反应装置 199

9.2.2 等离子体反应的基本参数 201

9.2.3 等离子体聚合的反应机理与特征 202

9.2.4 等离子体聚合反应 207

9.3 等离子体引发聚合 208

9.3.1 等离子体引发聚合的装置 209

9.3.2 单体和反应条件 209

9.3.3 等离子体引发聚合的反应机理和特征 210

9.3.4 等离子体引发聚合反应 211

9.3.5 等离子体引发聚合原位合金化 216

9.4 高分子材料的等离子体表面修饰与改性 217

9.4.1 等离子体表面处理的特点 218

9.4.2 等离子体与高分子材料表面的作用 218

9.4.3 高分子材料表面的等离子体修饰与改性的应用 220

9.5 等离子体高分子化学的发展前景 224

参考文献 225

10 等离子体化学的进展 228

10.1 等离子体在微电子、光电子技术方面的应用及进展 228

10.2 等离子体在薄膜制备领域的应用及进展 228

10.3 超纯、超细粉末材料的合成 229

10.4 等离子体表面处理 229

10.4.1 聚合物材料的等离子体表面改性 230

10.4.2 等离子体在纳米复合材料的制备中的应用 231

10.4.3 金属材料的表面处理 231

10.4.4 等离子体喷涂 232

10.5 等离子体化学合成 232

10.6 低温等离子体在环境保护方面的应用进展 233

10.5.3 纳米碳管的合成 233

10.5.2 等离子体有机合成 233

10.5.1 常压非平衡等离子体合成氨 233

10.6.1 低温等离子体处理气体污染物的研究进展 234

10.6.2 在温室气体转化方面的应用 234

10.6.3 臭氧的合成 235

10.6.4 在汽车废气处理方面的应用 235

10.6.5 在液、固体废物处理方面的应用 235

10.7 在生物学和医学方面的应用 236

10.7.1 提高医用高分子材料的生物相容性 236

10.7.2 生物医用聚合物材料的微图形化 237

10.7.3 利用等离子体杀菌消毒 238

10.8 等离子体化学中的诊断技术 239

展望 240

参考文献 240