大气DBD等离子体的参数诊断及合成纳米DLC薄膜--《北京印刷学院》2008年硕士论文
大气DBD等离子体的参数诊断及合成纳米DLC薄膜
【摘要】：
大气压介质阻挡放电具有设备简单,不需要复杂昂贵的真空系统,能在大范围功率下工作产生高密度活性基团粒子,并且具有较低的宏观温度等优点,具有广泛的开发和应用前景。本文在敞开的大气环境中,以Ar气和CH_4分别作为辅助和反应气体,利用大气压介质阻挡放电等离子体枪,在25kHz正弦交流电源的激励下,成功地制备了纳米类金刚石薄膜,并使用发射光谱测量系统对薄膜的沉积过程进行了光谱在线监控。
发射光谱法是一种原位、实时、在线、对体系没有扰动、时空分辨性能良好的一种诊断手段。本文利用它对大气压等离子体枪Ar等离子体的电子激发温度、电子密度和振动温度进行了测量,并研究了电子激发温度、电子密度随电压、Ar流量、轴向距离和径向距离的变化趋势。此外,本文还利用此法对大气压等离子体枪产生的CH_4等离子体光谱进行了测量。
最后,本文还对大气压介质阻挡放电等离子体枪的电学性能进行了简单的研究,测量了等离子体枪的电流和电压波形,李萨如图形及电流-电压曲线。
本文获得的主要结论如下:
(1)在傅立叶红外光谱中,2800cm~(-1)到3000 cm~(-1)范围内出现了明显的C-H峰;在Raman光谱中,1100 cm~(-1)到1700 cm~(-1)范围内出现了一个宽峰,并且在1360cm~(-1)处出现了一个弱肩峰,通过高斯拟合算得ID/IG=0.59;制备的类金刚石薄膜厚度约为70nm,表面形貌分析发现薄膜连续、致密,为团簇状结构,平均粗糙度为5.9对其摩擦磨损性能进行了测试,得到其摩擦系数为0.15左右;沉积过程在线光谱诊断结果发现,除Ar原子和N_2 (B~3Πg←C~3Πu)第二正带系谱线出现外,谱图中还出现了CH (X~2∏←C~2∑~+), CH (X~2∏←B~2∑~-), CH (X~2∏←A~2△),Ha (2p←3d),Hr(2p←5d) CH~+,C_2 (X~3∏←A~3∏)和H_2 (X~1Σg←G~1Πu)谱线等特征粒子的谱线。
(2)大气压等离子体枪放电等离子体的电子激发温度范围为k;谱线相对强度随电压和Ar流量的增加而增强,随轴向位置的降低而下降;但电压、Ar流量和轴向位置的下降均会导致电子激发温度的下降;当径向位置从0mm
变化到2.5mm范围内时,它对谱线相对强度和电子激发温度的影响都不太明显,但当径向位置在3.5mm处时,相对强度和电子激发温度均达到最大值;电子密度随电压、轴向距离、径向距离的变化趋势与电子温度随这些参数的变化趋势相类似,但电子密度随Ar气流量的变化趋势与电子温度随Ar流量的变化趋势相反,它随Ar气流量的增加而增加;利用N_2第二正带系( C~3Π_u→B~3Π_g)谱线推算了大气等离子体枪的振动温度2500k左右。
(3)随着电压的逐步升高,电流-电压波形均发生畸变,并且电压越高,畸变现象越严重;而且随着放电电压的增加,放电脉冲数逐渐增多,最后形成一个包络,放电起始时刻发生在外加电压的下降沿,即“过零放电”;并且随着电压的升高,放电起始时刻提;Lissajous图形也体现了“过零放电”的特征,随着电压的升高,Lissajous图形逐渐呈现标准平行四边形形状;随着电压的升高,功率几乎呈线性增加;60kHz,70kHz,80kH频率条件下,电流-电压曲线中没有出现α-γ或α弧状放电模式的转化。
【关键词】：
【学位授予单位】：北京印刷学院【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2008【分类号】：TB383.2【目录】：
ABSTRACT5-9
第一章 文献综述9-24
1.1 介质阻挡放电DBD9-13
1.2 类金刚石薄膜13-19
1.4 大气压DBD 放电等离子体光学发射光谱诊断的研究现状19-20
1.5 本文的选题研究背景20-21
参考文献21-24
第二章 实验装置及相关实验方法简介24-39
2.1 DLC 薄膜制备实验24-27
2.2 光学发射光谱诊断实验27-35
2.3 电学性能测量35-36
2.4 本章小结36
参考文献36-39
第三章 纳米DLC 薄膜的制备及其在线光谱诊断39-50
3.1 傅立叶红外光谱40-41
3.2 激光拉曼光谱分析41-42
3.3 表面形貌分析42-43
3.4 摩擦性能分析43-44
3.5 沉积过程OES 在线诊断44-47
3.6 DLC 薄膜沉积机理讨论47-48
3.7 本章小结48-49
参考文献49-50
第四章 大气压等离子体枪发射光谱诊断50-73
4.1 电子激发温度50-57
4.2 电子密度57-65
4.3 振动温度65-67
4.4 纯CH_4 光谱67-69
4.5 本章小结69-70
参考文献70-73
第五章 大气压 DBD 等离子体枪的电学性能测量73-84
5.1 电流-电压波形73-75
5.2 大气压 DBD 放电 LISSAJOUS 图形75-79
5.3 电流-电压曲线79-82
5.4 本章小结82
参考文献82-84
第六章 总结与展望84-86
6.1 本文主要研究成果与结论84-85
6.2 进一步工作的展望85
6.3 本文的创新之处85-86
硕士期间发表的论文86-87
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电化学沉积DLC和CN_x薄膜的微观形貌比较
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【作者单位】：
【基金】：
【分类号】：O484【正文快照】：
类金刚石碳膜(简称DLC膜)是一类具有高硬度、化学惰性、低介电常数、宽光学带隙等特点的非品碳膜,在机械、电子、化学等领域具有广阔的应用前景。类金刚石碳膜(DLC)中掺人氮元素的主要目的有两个:一是寻求人工合成p一C3凡超硬化合物的可能性,二是对类金刚石碳膜进行掺杂,以改
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【作者单位】：
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类金刚石膜(以~nd-like。arbon，DLC)具有良好的摩擦性能，极高的硬度和优异的抗磨损、耐腐蚀性能;在红外区具有很高的光谱透过率，在许多领域中都有着广泛的应用。然而，DLC薄膜的应用在一定程度上仍然受到限制，这主要是由于薄膜内极高的残余内应力以及其较低的膜/基结合强
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微波表面波PECVD法沉积DLC薄膜阻隔性及均匀性研究
本文利用微波表面波等离子体化学气相沉积(PECVD)技术在载玻片、单晶硅片、PET膜等基底上沉积类金刚石(Diamond-like Carbon，DLC)薄膜。通过傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscope，FTIR)、激光拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy，XPS)、原子力显微镜(Atomforce microscope，AFM)分析薄膜的成分、结构和表面形貌;通过测量薄膜的氧气透过率(Oxygen transmission rate，OTR)和水蒸气透过率(Water vapor transmissionRate，WVTR)研究薄膜的阻隔性能;采用发射光谱对等离子体放电特性进行诊断，希望发现其内在联系。主要研究等离子体工艺参数对薄膜沉积及其性能的影响、薄膜均匀性的影响因素以及阻隔影响。此外，还通过微波功率分配技术，研发了微波表面波多腔耦合装置，实现多腔同时放电。论文得到以下结论:　　1.使用微波表面波PECVD法在PET材料表面沉积DLC薄膜，可以大大提高其阻隔性，OTR值降低200多倍，WVTR值降低50多倍;　　2.沉积薄膜的均匀性可以通过工艺参数的调节、放电天线的设计进行改进。添加金属屏蔽层可以改变薄膜沉积速率及分布;改进石英天线的结构可以改善DLC薄膜在PET内壁沉积的均匀性。采用微波表面波PECVD在PET瓶内壁沉积DLC薄膜可以使PET瓶的阻隔性提高30多倍。　　3.DLC薄膜中掺入一定量的硅(Si)、氧(0)元素可以提高薄膜沉积速率，少量Si、0元素的掺杂可以提高薄膜阻隔性。　　4.微波功率分配技术可以在大功率表面波等离子体放电中应用，实现一个微波电源的微波能量同时耦合多个腔。
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