等离子个体中的尘埃颗粒

21世纪以来关于等离子体的研究资料愈发详尽,等离子是由原子及正负电子组构成,原子是被夺走了一定数量电子的原子,也是因为原子被电离这些正负电子就产生了,也能理解成气体被激发电离,电离高达一定的状态下,气体就能够成为导体,其中被电离气体内任何一

         21世纪以来关于等离子体的研究资料愈发详尽,等离子是由原子及正负电子组构成,原子是被夺走了一定数量电子的原子,也是因为原子被电离这些正负电子就产生了,也能理解成气体被激发电离,电离高达一定的状态下,气体就能够成为导体,其中被电离气体内任何一个带电的粒子运动的轨迹都受到其他粒子的制约,并且它的运动也会制约附近的带电粒子。电离气体内部的正负电荷数量一致,整体表现为电中性,这种气体状态我们称其为等离子体态.它是液态、固态、气态外,物质存在的第四种状态。等离子体分类方式繁杂,从来源上划分;可分为人工等离子体和自然界的天然等离子体;若按照物态分类可为气体、液体和固体三类;若按照温度亦可为高温等和低温.之中高温等离子体中的粒子温度可以高达上千万乃至上亿摄氏度,之中原因是为了使粒子能量足够完成相有效碰撞,满足核聚变反应;低温等离子体的粒子温度也可以达到达千乃至数万摄氏度,可以使分子、原子发生电离、离解、化合…所以,低温等离子体并非温度不高,之所以称为低温,仅仅只是相对于高温等离子体的温度.高温等离子体主要应用于能源领域的可控核聚变;低温等离子体则应用于科学技术和工业等多类领域.例如:低温等离子体常为制备纳米材料使用,温度最高可以达到100000 K数量级,通常由气体放电生成.按照纳米材料成型过程里是否有化学反应发生,纳米材料的制造法分为两种:等离子体物理法和等离子体化学法.前者主要用在纯物质纳米材料的制备;后者主要用在化合物类纳米材料的制备.
       作为离子体学科的一个分支,尘埃等离子体近年受到了愈来愈多的关注。用等离子体的不稳定现象来解释天体的运动,在微电子产业中经常遇到尘埃颗粒造成的污染以及在制造业中大规模的集成电路广泛使用等离子体技术,如利用等离子体刻蚀、镀膜。这就进一步推动了人们对尘埃等离子体
的关注和研究。
       尘埃等离子体分布极广,实验室,空气里均有,属于性质比较特别的软物质。这类等离子体组成由电子、离子、中性气体以及带电微粒。在等离子体中这种粒子常带负电,且所携带的电荷并非只是常数,而是伴着各种等离子体参数的变化而上下浮动改变。像这种带电微粒之中的每一个微粒都可以携带大量的元电荷,只是它的荷质比却比离子小的多,因此与带电颗粒电子和离子的动力学行为并不一样。故而观察尘埃粒子的运动时,除经常要考虑的电磁作用外,还必须要考虑到热压力、重力、离子风和中性粒子的拖曳力…上述这些尘埃粒子的特性使尘埃等离子体的集体效应衍生出两种“非常”特质。一:尘埃粒子产生的集体效应并非“短期”现象。换句话说尘埃粒子是有极大效率的一个集体效应激发源,之所以这样是因为尘埃粒子产生的集体效应(如不稳定性等)对其本身的反作用小到可以不计,它的作用不只是仅仅限于靠近它的一些集体过程。另一个特点是强的非线性效应。微粒的尺寸也很小,最小的能到纳米量级、最大的可到几微米或几十微米最多到毫米量级,微粒的形状也是非常多变的,有时候是规则的,有时候是不规则的.颗粒的运动主要受电磁力的作用,除此之外还有重力。这样的特性让尘埃等离子体更加特别,会出现非常多的新的物理现象,这和含负离子的等离子体有很大的差异。电磁的特性也为尘埃等离子体具有,弱电离尘埃等离子体组成由分子、尘埃粒子、离子和电子;就浓度而言分子远大于其他粒子;离子与电子的浓度相近且浓度远远大于尘埃粒子;一次电离的离子,排除空间色散外,作为影响其电磁特性的两个主要因素:碰撞和充电:在这两种情况下考虑尘埃粒子充放电的情之时,尘埃粒子的半径及其浓度对尘埃等离子体的电导率有很大影响, 这对进一步分析和测量固体火箭喷焰对微波的严重衰减有重要的指导意义。就更加激发了人们的研究兴趣。
等离子个体中的尘埃颗粒
       尘埃等离子体的发展是从对天体的研究观测开始,等离子体学科刚刚开始发展的时候Langmuir等人观察到的固体表面的原子、分子获得动能从固体的表面溅射出来能吸附电子现象,便也有了对实验室里的尘埃等离子体的研究。1989年Sewlyn等人发现在微电子工业中遇到的颗粒污染的问题是由于放电过程结束后颗粒失去电场力的作用由于重力跌落在硅片上造成了污染。这个现象一经报道尘埃颗粒在等离子体材料处理方面和空间里的尘埃粒子有一样的特性,这俩个领域开始融合,尘埃等离子体物理的发展又前进了一步。1994年,实验中发现的尘埃等离子体晶体结构,是由我国台湾国立中央大学的伊林等人
 以及德国马普研究所的Morfill等人第一次实现的。这无非又一次丰富了尘埃等离子体物理学科的研究。紧接着,1995年尘埃等离子体波即在稳态等离子体中观测到的,由于尘埃粒子的运动而被激发的声波也就是尘埃声波,是美国Iowa大学的Barkan等人发现的。 这个现象使大家对尘埃等离子体的不稳定性和它的整体波动性产生了浓厚的兴趣去探索。以及这样的实验发现使得对二维状态下的尘埃晶体当中的尘埃粒子进行进一步的操作控制的研究成为热点。在尘埃声波中激发晶格让其波动和当波源的运动速度高于波速形成马赫锥现象,经常通过在电极上加一个扰动电压,让格点开始振动,由于粒子之间的相互作用力而形成可能是纵波也可能是横波的晶格波。也可以利用在晶体表面下的导线上加一个负极电压脉冲的方法,在晶体表面中激起冲击波。我们发现尘埃粒子广泛的存在于微电子工业中,空间里,还有材料处理的过程中。而在磁约束聚变托卡马克装置的边缘区域发现的由于离子轰击而产生的尘埃微粒对等离子体的输运也有很大的影响。以及目前人们对尘埃等离子体的理论研究和实验研究上升到了微重力的条件下,人们也期待在没有重力影响的国际空间站中对尘埃等离子体的实验有更近一步的发现。前人所作出的成就更加激励我们利用现在已经有的条件,不断的创新,不断的探索,发扬科学精神,在尘埃等离子体物理领域作出突出的成就。
       这次实验主要探索了在等离子体的环境下尘埃颗粒出现的整流输运。前面我们介绍了等离子体的概念,以及组成尘埃等离子体的物质,一些有关性质及人们取得的成就。那么什么是尘埃颗粒?尘埃颗粒在自然界中随处可见。在太阳系中分布着多种多样的尘埃颗粒,列如存在于陨石中的微粒、一些物质的碎片…在于星际云中尘埃粒子也存在,它们以金属的物质抑或电介质冰粒,石墨,硅粒…电子科学实验装置中的尘埃颗粒来自充入的气体或者是实验装置中的电极或者是电介质的器壁。而尘埃等离子体是一个体系,这个体系包含了电子、离子和中性原子组成的等离子体和“浸”在其中的尘埃颗粒。如今的科学研究逐渐转向对等离子体中的尘埃颗粒的研究。利用尘埃颗粒的性质已经在微电子工业中已经取得了广泛应用;在等离子体的环境中完成刻蚀及溅射镀膜技术;因为带电的尘埃粒子其半径和浓度的大小对电磁波衰减得程度不尽相同,对于造成的影响的电磁波也是人们研究的一个方向;这些研究的结果都具有十分有价值的作用,被人们应运在不同的领域。例如源自于尘埃颗粒在等离子体中对电磁波的吸收作用而产生的计算Debye散射场的无旋分量及由它引起的电磁波的能量损耗,;在气体放电的实验中,我们发现尘埃晶格的产生与受外磁场力尘埃晶格发生旋转,尘埃空洞的形成这些现象都是由于尘埃粒子的存在所造成的。这类现象都极有可能在以后的研究中开辟出新的道路。
      在等离子体环境中尘埃颗粒的性质和特性得到愈加广泛的关注,这篇论文的实验对象就是等离子体中的尘埃颗粒。我们想进一步探究尘埃颗粒在等离子体的环境中是否能发生整流运动,如果可以发生那么我们通过什么方法改变它的运动方向?而对使它发生定向整流运动的原因是什么我们也做了进一步的探究。经过实验的设计,对实验过程的细致观察和记录以及对结果的分析,我们得出了满意的结论。

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