【摘 要】
:
宇宙空间中广泛存在着大量的等离子体状态的物质,等离子体在现代科学技术的发展中扮演着非常重要的角色:人类航天探测活动的地球电离层、磁层等主要区域均为等离子体环境;材料处理过程中的刻蚀工艺等所需的技术也主要为等离子体技术,在这些等离子体环境或相关应用中可能会包含大量的尘埃颗粒或者受到复杂的磁场影响,使得等离子体的性质发生变化:尘埃颗粒的存在会导致等离子体的组成成分发生变化,改变等离子体的物理性质甚至导
论文部分内容阅读
宇宙空间中广泛存在着大量的等离子体状态的物质,等离子体在现代科学技术的发展中扮演着非常重要的角色:人类航天探测活动的地球电离层、磁层等主要区域均为等离子体环境;材料处理过程中的刻蚀工艺等所需的技术也主要为等离子体技术,在这些等离子体环境或相关应用中可能会包含大量的尘埃颗粒或者受到复杂的磁场影响,使得等离子体的性质发生变化:尘埃颗粒的存在会导致等离子体的组成成分发生变化,改变等离子体的物理性质甚至导致了更多的新现象出现;磁场的存在会改变等离子体中带电粒子的运动,也改变了等离子体的相关参量。因此,研究尘埃和磁场对等离子体的参量和相关性质的影响对解决等离子体在国防科技、航空航天领域、材料处理领域等许多实际问题具有重要意义。本文以实验室中的气体放电等离子体为研究对象,在前人研究气体放电等离子体的基本性质以及相关数值模拟研究的基础上,研究了尘埃颗粒以及磁场对等离子体的影响。首先,通过理论模拟方法研究了尘埃颗粒在不同径向空间分布以及不同密度下对氩气直流辉光放电管中带电粒子密度、通量和双极性电场的径向分布的影响;讨论了局域和非局域近似下尘埃颗粒对直流辉光放电等离子体的电子能量分布函数的影响。利用实验研究和理论模拟的方法分析了磁场对直流辉光放电等离子体以及大尺寸非局域状态下的气体放电等离子体的影响,具体研究内容如下:基于已有的直流辉光放电尘埃等离子体流体方程组,建立了一维氩气直流辉光放电尘埃等离子体流体模型,使用有限元方法对模型进行求解,得到了尘埃颗粒径向空间分别为0-R、0-0.75R、0-0.5R和0-0.25R的情况下,尘埃颗粒密度对氩气直流辉光放电等离子体中电子密度、尘埃颗粒电荷量分布、相关通量以及双极性电场在径向空间上的变化,讨论了尘埃颗粒存在下电子密度的非单调性分布以及双极性电场反转现象出现的条件,并对上述现象存在的物理机制进行解释。基于尘埃等离子体的局域和非局域动理论,在已有的局域近似玻尔兹曼方程基础上,利用Holstein-Tsendin方法获得空间平均的非局域近似尘埃等离子体动理论方程,分别求解局域和非局域近似下尘埃颗粒对直流辉光放电等离子体的径向电子能量分布函数的影响,然后在非局域近似下求解电子能量分布函数的基础上继续考虑了不同径向空间、不同尘埃颗粒密度对直流辉光放电等离子体电子能量分布函数的影响,以及出现电子密度非单调性分布和双极性电场反转时尘埃颗粒对等离子体电子能量分布函数的影响。进一步,基于等离子体的流体模型方程组,引入磁场并给出了磁场作用下的等离子体流体模型方程组,建立了磁场作用下的一维轴对称直流辉光放电等离子体流体模型,仿真研究了磁场对直流辉光放电等离子体正柱区的相关参数的影响。根据所建立的理论模型,搭建了磁场作用下的直流辉光放电装置,并利用Langmuir单探针对磁场作用下的直流辉光放电等离子体的电子密度进行了诊断,将所得到的实验结果和理论模型结果进行了对比。将磁场置于大尺寸非局域状态的辉光放电等离子体中,获得了非均匀磁场作用下等离子体的变化情况,并利用探针诊断和微波诊断方法对磁场作用的区域进行了参数研究,得到了磁场作用下等离子体电子密度的变化情况,并根据诊断结果开展了相关的微波传输实验,给出了磁场对等离子体中微波传输特性的影响。
其他文献
等离子体是一种包含大量非束缚态带电粒子的多粒子系统,具有区别于固体、液体和气体的独特性质。等离子体中的带电粒子处于非束缚态,容易受到电磁场的影响,因而对电磁波有吸收、截止、反射、共振和碰撞耗散等多种作用。正是这些特性使得等离子体作为一种特殊的电磁传输媒质,受到越来越多科学工作者的关注。电磁波在等离子体中的传输具有广泛的应用场景,比如无线电波在地球电离层中的传播,射电波在星际空间传输,星地空间通信,
柔性印刷电子技术为大规模和低成本地生产便携、可折叠、机械耐用性强的电子器件提供了可能,近年来引起了学术界和工业界的极大关注。金属、碳纳米管、石墨烯及有机化合物等材料可使用多种方法制成墨水,并通过印刷技术,结合柔性衬底制备柔性电子器件。随着相关研究的深入,采用印刷技术制备柔性无机半导体电子器件的探索亦初见成效,但仍面临多项挑战。由于无机半导体的化学键具有较高的方向性,柔性无机半导体产品的柔韧性较差。
外尔半金属是一类在三维动量空间中具有线性简并点(外尔点)的新型拓扑材料,具有不同寻常的物理性质,如开放的费米弧表面态和手性反常引起的负磁阻效应,这些特性使得外尔半金属成为拓扑物理学领域的研究热点之一。近年来,人们借助于精心设计的光子晶体,将外尔点的研究从拓扑电子学领域推广到拓扑光子学领域。相比于光子晶体,光学超材料不具有严格周期性的约束,通常能够用均匀有效材料参数进行描述,利用光学超材料实现外尔点
研究捕食者-食饵模型的动力学性质,有助于对捕食者和食饵群体的种群数量做出准确的预测和估计。本文主要研究几类具年龄结构的捕食者-食饵模型的动力学性质,包括正平衡点的稳定性、Hopf分支的存在性及分支性质等。主要工作如下:(一)针对一个具Holling-Ⅳ型功能反应函数和年龄结构的时滞捕食者-食饵模型展开研究。首先将年龄结构模型转化为抽象非稠定Cauchy问题;得到此模型唯一正平衡点(与年龄有关)以及
由于钠元素和钾元素在自然界储量丰富,钠离子电池和钾离子电池成为潜在的分担锂离子电池储能压力的可充电二次离子电池。作为影响整个电池系统性能的关键因素,钠离子电池和钾离子电池负极材料被广泛研究。过渡金属磷(硒)化物由于其低成本和多电子反应存储机制带来的高理论容量成为钠离子电池和钾离子电池负极材料的研究热点。然而Na+和K+大的离子半径给储钠/钾过程中的离子动力学和结构稳定性带来很大的挑战。本文在分析国
TiAl合金具有密度低、比强度与比模量高、高温抗蠕变与抗氧化性能优异等优势,是一种非常适合于航空飞行器热端部件使用的新型轻质耐热结构材料。但是该类合金室温塑性低与高温强度不足的缺点限制了其进一步的工程应用,因而进行高性能TiAl合金材料设计与强韧化研究具有重要意义。本文通过添加纳米Y2O3颗粒来改善Ti-48Al-2Cr-2Nb与Ti-48Al-6Nb合金(简称为T4822与T486)的显微组织和
重力驱动超滤膜(Gravity-driven ultrafiltration membrane,GDUM)过滤具有节能、环保、自动操作等特点,已经成为最有应用前景的分离方法之一。然而,较低的分离效率仍是限制其广泛应用的主要缺点。在GDUM过滤过程中,各种污染物能容易的吸附或堆积在膜表面和膜孔中,引起膜污染,导致通量下降。此外,由于GDUM通常具有更多孔的结构,在较低的压力下,GDUM也会产生形变,
轻质高性能结构/功能材料是提高载具能质比、降低碳排放的最直接手段之一。然而,目前经典冶金理论指导下的高性能合金材料性能正逼近其理论极限。铝基复合材料可实现材料中各组分相互协同,甚至可以克服其单一组分的先天性不足,实现材料结构性或功能性的突破。有鉴于此,本文提出了形变驱动冶金(Deformation-Driven Metallurgy,DDM)新方法,打破了固相到液相再到固相的平衡态冶金热激活壁垒,
近些年来,基于光纤端面微干涉结构与聚合物材料结合的新型光纤传感结构受到了广泛的关注。由于光纤端面微干涉结构具有体积小、制备简单、结构紧凑、易于集成等优点,并且聚合物材料具有高热膨胀系数、低杨氏模量等特性,其可以与外部环境参量发生可逆的反应,因此将聚合物材料结构集成在光纤端面上有助于大幅度提升传感器的性能并拓展传感器的参量探测种类。在本文中,研究了基于光纤端面聚合物微干涉结构的传感器及其一体成型制备
特大自然灾害的频繁发生造成了巨大的经济损失和人员伤亡,严重影响社会的可持续发展。其突发性、破坏性、不可预测性,以及复杂性为应急响应带来巨大挑战。特大自然灾害应急管理研究已取得一些进展,但实际灾害中的应急决策能力依然相当有限。因此,有必要对不同特大自然灾害场景下的应急决策方法开展深入研究。本文通过文献分析及结合应急管理实践确定了特大自然灾害应急响应中的三个关键要素:救援方案、救援人员以及救援物资,进