等离子体物理实验开设的初步探讨(1).pdf

342 2007年全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会论文集 等离子体物理实验开设的初步探讨 马志斌1夏民荣2 (1武汉工程大学等离子体化学-9新材料省重点实验室，武汉) (2杭州大华科教仪器研究所，杭州) 1 引言 等离子体技术不仅是一个关系国家能源、环境、国防安全的战略技术，而且是一个现代 工业中的重要应用技术．在国内，关于等离子体技术的研究和教学远远落后于等离子体技术在 工程中的应用，具体体现在很多领域如微电子、光学镀膜等领域引进的具有20世纪90年代 国际先进水平的生产线大量使用了等离子体技术，但高等理工学校在人才培养环节中却缺乏 关于等离子体理论和实践方面的系统学习和训练，造成这一局面的主要原因有以下两方面： (1)课程体系落后，教学、研究人员缺乏．尽管关于等离子体的有关知识已经写入到大学物 理的教材中，但由于教学改革的滞后，等离子体的相关知识并没有系统地进入课堂和实验室； (2)等离子体设备价格昂贵，国内生产的等离子体设备通常是科研院所从开展科学研究的角 度开发的，价格一般在15—200万元，而同类进口设备的价格是国产设备价格的10倍，因此 目前各高等学校的等离子体装置只用于研究和研究生教学，本科生基本上没有机会得到关于 等离子体技术应用方面的训练． 本文就如何在高等院校系统开设等离子体物理和等离子体技术应用方面的实验进行了初 步的探讨，并就多功能直流辉光放电等离子体装置的研发和相关实验项目的开设进行了详细 的介绍． 2等离子体实验平台的构建 为全面体现等离子体技术在现代工业中的应用，等离子体实验平台的建设拟从以下四个 方面展开：(1)开设等离子体原理实验项目，包括直流辉光等离子体现象观察、直流等离子 体伏安曲线的测量、等离子体电子温度、浓度的测量．研究放电参数与等离子体的电子参数的 关系，完成等离子体电子温度和浓度的测量实验．气体击穿电压的测量研究、帕邢定律的验证、 第一电离系数的测量、不同气体的放电特性的研究．所用的主要实验设备包括：DHPD．1型等 离子体诊断实验仪、DH2005直流辉光等离子体实验装置．该方面实验项目的开设，有助于学 生掌握等离子体的激发原理，从而有能力进行一些新型等离子体源的设计．(2)开设等离子 体在新材料领域中的应用实验项目，包括等离子体化学气相沉积制备功能薄膜材料、纳米材 料的制备、金属材料的表面改性、等离子体光谱分析；光学薄膜材料的制备及其光学特性的 测量、金属薄膜的制备、陶瓷薄膜的制备；真空的获得与测量、真空镀膜，金属薄膜的制备 2007年全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会论文集 343 链跫、DH20l(1型多功能真空实验仪等等离了傩化学气柏沉祀制备功能材刳培有代表性的成 粜趋莉备盒剐石薄膜．利用睦技术小仪实现了台剐石的低温低气监台jJ兑，而且槛k地拓展了 人工合成金剐石的应用范围通过上述实验项目的开设．有助于学生了解等离子体的高反麻活 性在材料台成中的应用(3J开设等离子体在微电于领域的应用实验项H．包括等离子体在 微电子加工应用的实验、等离子体在光学膜系制备的实验等如材料的表面改性、等离子体刻 型电子回旋菇振等离了体装置、DHBP-1型电子柬蔫发键膜装置等离子体拄术已成为现代馓 电子领域一个关键的加[技术，通过上述实验项目的开设．可以让学生了解等离子体技术在 微电子钮域ff勺应用与作用，掌握有着广泛市场需求的等离子体表丽改性技术的原理(4)Jf 设等离子体在环境、能源领域的应用实验项目，包括等离子体在]．业废气处理中的应用实验、 等离干体清洗、等离子体表面处理实验、等离子体消毒、灭菌等所用的i5}箭包括DHAP-1攫 常压微波等离子体实验装置、常压微波等离子体射流实验装置、电晕等离于体装霞等．在发达 国家．等离子体技术已广泛应用下三废的处理、公其环境的消毒在国内，这方面的技术应用 也受到研究机构千门企业的重视开设这方面的实验，有利，提高学生从事交叉学科r怍的技轻 3多功能直流辉光放电等离子体装置的研制与实验项目开发 31装置研制 辉光放甩的名称源于这种等离于体是发光的直流辉光放电通常是利用两平行·r扳作为 电极．当电极间的电压升高』}寸，电场足够高，电子到达阳极之前获褂足够的能量去电离另 个中性原于当电场变得越来越强时．这些二披电予本身叉可以去电离