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1、关于课程关于课程 1 课程讲授课程讲授 ? 必要的基础介绍；必要的基础介绍； ? 建立基本物理图像，基本概念理解；建立基本物理图像，基本概念理解； ? 技术比较；技术比较； ? 重要应用；重要应用； ? 表述：文字、图表、公式表述：文字、图表、公式 ? 详略详略-详：重要，不了解。略： （已掌握）详：重要，不了解。略： （已掌握） ? 重复：重复： 2 图书馆参考书图书馆参考书 ? DC 多，多，rf、 微波少微波少 ? 理论多，技术少理论多，技术少 ? 旧知识多、新进展少旧知识多、新进展少 注意部分参考注意部分参考 3考试考试 ? 闭卷笔试：公平闭卷笔试：公平 ? 重点：理解、了解重点：理解
2、、了解 ? 直博生直博生 等离子体技术和应用（综）等离子体技术和应用（综） 1关于技术的定义 1关于技术的定义 技术（技术（technology）的原意）的原意-木匠。木匠。 木匠能按照人们的需求与意图把木料加工、组合，制成物品。所以亚里斯多德称技术是制造的智慧。木匠能按照人们的需求与意图把木料加工、组合，制成物品。所以亚里斯多德称技术是制造的智慧。 技术的现代定义：技术的现代定义： 技术是指人类在利用、改造和保护自然的过程中通过创新所积累的经验、知识、技巧以及为某一目的共同协作组成的工具和规则体系。技术是指人类在利用、改造和保护自然的过程中通过创新所积累的经验、知识、技巧以及为某一目的共同协
3、作组成的工具和规则体系。 科学技术：科学技术： 科学技术是不断发展着的概念，人们有各种广义个狭义的理解。在我国科技管理活动中，对科学技术的理解通常采取广义的概念。科学技术是不断发展着的概念，人们有各种广义个狭义的理解。在我国科技管理活动中，对科学技术的理解通常采取广义的概念。 科学是关于自然、社会和思维的知识体系，其任务是科学是关于自然、社会和思维的知识体系，其任务是认识认识自然现象、探索自然规律，属于认识自然的范畴。自然现象、探索自然规律，属于认识自然的范畴。 技术一般是指人类技术一般是指人类改造改造自然和创造人工自然的自然和创造人工自然的方法方法、手段手段与活动的总称。与活动的总称。 广义
4、地讲，技术既包括生产实践经验和自然科学原理而发展成的各种工艺操作广义地讲，技术既包括生产实践经验和自然科学原理而发展成的各种工艺操作方法方法与与技能技能，又包括相应的生产工具和其他，又包括相应的生产工具和其他物质设备物质设备，以及生产的，以及生产的工艺过程工艺过程或或作业程序作业程序等。等。 附：关于技术创新的定义: 附：关于技术创新的定义: 定义定义 1：生产要素的新组合：生产要素的新组合 定义定义 2：技术的首次商业应用：技术的首次商业应用 2等离子体技术 2等离子体技术 包括两部分：包括两部分： （1）等离子体源的制造?工具研究?新源，新外围设备）等离子体源的制造?工具研究?新源，新外围
5、设备 优化、组合。优化、组合。 （2）等离子体源的应用?工具应用?新领域、新参数范围等。）等离子体源的应用?工具应用?新领域、新参数范围等。 ?等离子体源的制造技术所涉及的因素 ?等离子体源的制造技术所涉及的因素 进气进气-计量计量 进料进料-控制控制 靶材靶材-制造制造 激励能量激励能量 直流直流 交流交流 工频工频 音频音频 中频中频 射频射频 功率功率 VHF 发射天线？发射天线？ UHF 匹配？匹配？ 微波微波 光路？光路？ 燃烧燃烧(热热) 模式？模式？ 激光激光 干扰干扰 X 射线射线 屏蔽屏蔽 核辐射核辐射 粒子束粒子束 设备腔体加工设备腔体加工 材料、设计、加工工艺材料、设计、
6、加工工艺 抽气抽气 真空泵真空泵-类型，位置 阀类型，位置 阀 -类型类型 连结件连结件-结构，方式结构，方式?等离子体源的应用技术 ?等离子体源的应用技术 ?所利用的特性： 光、热、电、化学 ?所利用的特性： 光、热、电、化学 ?作用区： a)?作用区： a) 等离子体中-合成气体、转化气体、合成细粉 b)等离子体中-合成气体、转化气体、合成细粉 b) 等离子体/固体表面薄膜沉积、刻蚀、表面改性、消毒、灭菌、切割等 c)等离子体/固体表面薄膜沉积、刻蚀、表面改性、消毒、灭菌、切割等 c) 等离子体/液体-化学合成、消毒 d)等离子体多相作用 等离子体/液体-化学合成、消毒 d)等离子体多相作
7、用 ?等离子体技术的社会作用 ?等离子体技术的社会作用 ?生产新能源 核聚变 优点： 太阳能利用（太阳能电池-多晶硅、光电半导体薄膜） ?生产新能源 核聚变 优点： 太阳能利用（太阳能电池-多晶硅、光电半导体薄膜） ?提高生产加工过程的效率和效能 表现：（1）更有效、更便宜达到工业相关结果的能力； （2）完成其它方法不能完成的任务 ?提高生产加工过程的效率和效能 表现：（1）更有效、更便宜达到工业相关结果的能力； （2）完成其它方法不能完成的任务 ?原因：在工业应用上等离子体具有两个?原因：在工业应用上等离子体具有两个主要特征 （1） 等离子体具有更高主要特征 （1） 等离子体具有更高的温度和
8、能量密度； （2） 等离子体能够产生丰富的活性成分 的温度和能量密度； （2） 等离子体能够产生丰富的活性成分 光子（紫外和可见）、电子、离子、白由基；高反应性的中性成分，受激原子态，活性分子碎片，如单体。 3等离子体技术的应用领域 3等离子体技术的应用领域 1）能源 1）能源 ? 受控核聚变 受控核聚变 （美国） （美国） （美国之外） （美国之外） ? 磁流体发电 磁流体发电 ? 节能材料 (low-e film, 热障材料) 节能材料 (low-e film, 热障材料) ? 太阳电池（a-Si film） 太阳电池（a-Si film） ? 能源工程（等离子体开关，断路器、氢闸流管）
9、能源工程（等离子体开关，断路器、氢闸流管） 2）信息 2）信息 ? 分立元件（高功率射频管） 、集成电路芯片 分立元件（高功率射频管） 、集成电路芯片 ? 音频、视频、磁记录、光纤、固体激光、光波导、 光放大 音频、视频、磁记录、光纤、固体激光、光波导、 光放大 ? 平面显示：PDP、FED、TFT 平面显示：PDP、FED、TFT 3）新材料 3）新材料 ? 金刚石、金刚石、SiC、C-BN、C3N4、高温超导薄膜、高温超导薄膜、 高高 品质陶瓷、超细粉品质陶瓷、超细粉 ? 纳米颗粒、膜、管纳米颗粒、膜、管 ? 同位素分离同位素分离 4）冶金、机械加工 4）冶金、机械加工 ? 精炼精炼 ?
10、溶化、切割、焊接、表面改性、装饰溶化、切割、焊接、表面改性、装饰 ? 等离子体喷涂：抗热、耐磨、修复等离子体喷涂：抗热、耐磨、修复 ? 离子束镜面打磨离子束镜面打磨 ? 激光打孔激光打孔 5）化工 5）化工 ? 等离子体催化、等离子体合成催化剂等离子体催化、等离子体合成催化剂 ? PECVD ? 聚合、引发聚合聚合、引发聚合 ? 有机高分子表面改性有机高分子表面改性 6）航空、航天 6）航空、航天 ? 等离子体推进器等离子体推进器 ? 飞机、航天器部件（耐热、耐磨）飞机、航天器部件（耐热、耐磨） ? 固体润滑剂固体润滑剂 7）农业 7）农业 ? 低能离子种子改性低能离子种子改性 ? 等离子体种
11、子改性等离子体种子改性 8）医药保健 8）医药保健 ? 等离子体消毒、灭菌等离子体消毒、灭菌 ? 假肢、人工器官表面改性假肢、人工器官表面改性 9）食品、饮料 9）食品、饮料 ? 臭氧处理饮用水臭氧处理饮用水 ? 等离子体杀菌等离子体杀菌 10）环保 10）环保 ? 固体、液体、气体有毒废弃物处理固体、液体、气体有毒废弃物处理 11）纺织 11）纺织 表面处理增强、可染、可纺、可印、防静电表面处理增强、可染、可纺、可印、防静电 12）照明、广告 12）照明、广告 ? 气体放电灯（气体放电灯（dc, rf）霓虹灯）霓虹灯 13）国防、军事 13）国防、军事 ? 氢弹氢弹 ? 武器部件表面处理武器
12、部件表面处理 ? 飞机、天线等离子体隐身飞机、天线等离子体隐身 ? 电磁炮电磁炮 ? 电子炮电子炮 4 基于等离子体的设备、器件 4 基于等离子体的设备、器件 ? 等离子体开关等离子体开关 ? 光源、离子源、电子源、原子源光源、离子源、电子源、原子源 ? 真空电子器件真空电子器件 ? 薄膜平面显示器薄膜平面显示器 ? 自由电子激光自由电子激光 ? 微波回旋管微波回旋管 ? X 射线源射线源 ? 气体激光器气体激光器 ? PSII(plasma source immersed implantation) ? 等离子体薄膜沉积装置等离子体薄膜沉积装置 ? 等离子体刻蚀机等离子体刻蚀机 ? 等离子体
13、氮化炉等离子体氮化炉 ? 等离子体炬等离子体炬 ? 等离子体切割机等离子体切割机 附：等离子体物理与技术的发展历史 附：等离子体物理与技术的发展历史 放电物理的发展历史里程碑 日期 贡献/概念 创建人 放电物理的发展历史里程碑 日期 贡献/概念 创建人 大约 1600 电气 磁极 磁力线 大约 1600 电气 磁极 磁力线 W.Gilbert （基本概念，仍在应用）（基本概念，仍在应用） 1742 火花 1742 火花 J T Desaguliers 1745 Leyden 瓶 （放电实验研究基础，实物图）1745 Leyden 瓶 （放电实验研究基础，实物图）E G Von kleist 大
14、约 1750 电的单流体理论 大约 1750 电的单流体理论 B Flanklin 大约 1752 确认闪电为放电的一种形式 大约 1752 确认闪电为放电的一种形式 B Flanklin 1808 放电物理快速发展，研究人 员英国、德国 扩散 电弧放电 （电弧照明、气灯、白炽灯） 1808 放电物理快速发展，研究人 员英国、德国 扩散 电弧放电 （电弧照明、气灯、白炽灯） J.Dlaton H.Davy 1817 迁移 1817 迁移 M.Faraday 1836 1848 高压直流放电管 运动的辉纹（未发表） 1836 1848 高压直流放电管 运动的辉纹（未发表） M.Faraday A
15、.Abria 1860 平均自由程 1860 平均自由程 J.C.Mexwell 1862 Toepler 真空泵（1mTorr） （水银活塞泵，抽速低） （低气压放电实验基础条件） 1862 Toepler 真空泵（1mTorr） （水银活塞泵，抽速低） （低气压放电实验基础条件） A.Toepler 1879 物质第四态（电蛋实物图） 1879 物质第四态（电蛋实物图） W Crookes 1880 Paschen 曲线 1880 Paschen 曲线 W de la Rue 和和 H Muller 1889 麦克斯韦-波尔兹曼分布 1889 麦克斯韦-波尔兹曼分布 W.Nernst 18
16、95 发现电子 （为电离概念奠定基础） 1895 发现电子 （为电离概念奠定基础） J J Thomson 1897 回旋频率 1897 回旋频率 OLodge 1898 电离 1898 电离 W Crookes 1899 输运方程 J.S Townsend 1899 输运方程 J.S Townsend 1901 Townsend 系数 J.S Townsend 1901 Townsend 系数 J.S Townsend 1905 带电粒子扩散 水银旋转泵（101905 带电粒子扩散 水银旋转泵（10-5-5torr） 爱因斯坦 torr） 爱因斯坦 W Grade(德国德国) 1906 等离子体频率 Lord Rayleigh 1906 等离子体频率 Lord Rayleigh 191
