CN106053357A - 一种等离子体原位表征方法 - Google Patents
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Abstract
一种等离子体原位表征方法，通过发射光谱仪、高速图像捕捉系统、数字示波器、红外成像仪与在线质谱仪对等离子体进行表征。光纤探头和第一图像采集器均置于等离子体放电反应器的放电核心区域。数字示波器的电压探头附属高压极与等离子体放电反应器的高压极相连，电压探头附属接地极与地线相连，电流探头与等离子体放电反应器相连；第二图像采集器朝向等离子体放电核心区域；在线质谱仪的进样管与等离子体放电反应区出口相连。一种等离子体原位表征方法，各部件协同配合，可全方位实时监测等离子体活性物种的种类和数量、等离子体放电状态、电流电压波形、等离子体电子密度、等离子体区温度分布和产物组成等，可对等离子体放电过程进行原位表征。
Description
技术领域
本发明涉及一种等离子体表征方法，具体涉及一种等离子体原位表征方法。
背景技术
等离子体是由带电粒子和各种中性粒子组成的集合体，其正负电荷的电量相等，因此宏观上呈电中性。等离子体是除固体、液体、气体以外的第四种物质存在形态。宇宙中超过99％的物质都是以等离子体状态存在的。人工等离子体可通过气体或液体放电的方式获得。放电方式包括介质阻挡放电、电晕放电、火花放电、辉光放电和弧光放电等。等离子体的独特之处在于它能通过高能电子活化分子。
目前，等离子体技术已经应用于诸多领域，如核聚变发电、喷涂、材料的表面改性、薄膜沉积与刻蚀、微粒材料的制备等。随着人们对等离子科学技术的研究不断深入，等离子体技术还被广泛应用于化学合成领域，成为创造新物质的重要手段之一。
由于等离子体中含基态原子、基态分子、激发态原子、激发态分子、自由基和活性基团等多种粒子，其中许多粒子的寿命很短，部分粒子的寿命甚至仅在毫秒或纳秒级别；例如，在很短的时间内激发态的原子或分子就退激发为基态的原子或分子，正离子与自由电子复合生成中性粒子，因此对于涉及等离子体的反应而言，其反应过程的监测和描述十分困难。
发明内容
为了解决现有技术中等离子体的状态表征困难的问题，本发明提供一种等离子体原位表征方法。
一种等离子体原位表征方法，通过发射光谱仪、红外成像仪、高速图像捕捉系统与数字示波器对等离子体放电反应器内等离子体进行表征；表征方法如下：
第一步，将发射光谱仪的光纤探头置于等离子体放电反应器的放电核心区域。将红外成像仪的第二图像采集器朝向等离子体放电核心区域。将高速图像捕捉系统的第一图像采集器置于等离子体放电反应器的放电核心区域。将数字示波器的电压探头附属高压极与等离子体放电反应器的高压极相连，数字示波器的电压探头附属接地极与地线相连，数字示波器的电流探头与等离子体放电反应器相连。
第二步，打开等离子体放电反应器，通过等离子体放电反应器得到等离子体。
第三步，打开发射光谱仪、红外成像仪、高速图像捕捉系统与数字示波器，并通过发射光谱仪、红外成像仪、高速图像捕捉系统与数字示波器对等离子体进行实时表征。
优选的，第一步中，打开在线质谱仪；第三步中，通过在线质谱仪测定等离子体区中存在的各种中性粒子及分子的种类和数量。
上述一种等离子体原位表征方法，其中发射光谱仪对等离子体放电过程中可以退激发辐射出光子的活性物种进行在线监测，一方面可以通过发射光谱中的谱峰位置定性的描述等离子体中活性物种的种类，另一方面可以通过谱峰的强度定量的描述等离子体中活性物种的数量。高速图像捕捉系统用以实时记录等离子体的放电状态。数字示波器实时监控等离子体放电状态和等离子体电子密度。红外成像仪能够实时监控等离子体区的温度分布。当安装有在线质谱仪时，还能通过在线质谱仪实时测定等离子体区中存在的各种中性粒子及分子的种类和数量。
上述一种等离子体原位表征方法，各部件协同配合，可全方位实时监测等离子体活性物种的种类和数量、等离子体放电状态、电流电压波形、等离子体电子密度、等离子体区温度分布和产物组成等，可对等离子体放电过程进行原位表征。从而实现对等离子体放电反应状态进行全面的监控和表征，为等离子体的定性和定量描述提供必要的方法。
附图说明
图1是一种等离子体原位表征方法所用设备的连接示意图。
1发射光谱仪；2高速图像捕捉系统；3数字示波器；4红外成像仪；5在线质谱仪。
具体实施方式
下面结合图1对本发明进行详细说明。
一种等离子体原位表征方法，通过发射光谱仪1、红外成像仪4、高速图像捕捉系统2与数字示波器3对等离子体放电反应器内等离子进行表征；表征方法如下：
第一步，将发射光谱仪1的光纤探头置于等离子体放电反应器的放电核心区域，对等离子体放电过程中可以退激发辐射出光子的活性物种进行在线监测，一方面可以通过发射光谱中的谱峰位置定性的描述等离子体中活性物种的种类，另一方面可以通过谱峰的强度定量的描述等离子体中活性物种的数量。将红外成像仪4的第二图像采集器朝向等离子体放电核心区域，用以实时监控等离子体区的温度分布。将高速图像捕捉系统2的第一图像采集器置于等离子体放电反应器的放电核心区域，用以实时记录等离子体的放电状态。将数字示波器3的电压探头附属高压极与等离子体放电反应器的高压极相连，数字示波器3的电压探头附属接地极与地线相连，数字示波器3的电流探头与等离子体放电反应器相连；能够实时监控等离子体放电状态和等离子体电子密度。
第二步，打开等离子体放电反应器，通过等离子体放电反应器得到等离子体。
第三步，打开发射光谱仪1、红外成像仪4、高速图像捕捉系统2与数字示波器3，并通过发射光谱仪1、红外成像仪4、高速图像捕捉系统2与数字示波器3对等离子体进行实时表征。
进一步的，第一步中，打开在线质谱仪5；第三步中，通过在线质谱仪5测定等离子体区中存在的各种中性粒子及分子的种类和数量。
上述一种等离子体原位表征方法，各部件协同配合，可全方位实时监测等离子体活性物种的种类和数量、等离子体放电状态、电流电压波形、等离子体电子密度、等离子体区温度分布和产物组成等，可对等离子体放电过程进行原位表征。从而实现对等离子体放电反应状态进行全面的监控和表征，为等离子体的定性和定量描述提供必要的方法。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种等离子体原位表征方法，其特征在于，通过发射光谱仪、红外成像仪、高速图像捕捉系统与数字示波器对等离子体放电反应器内等离子体进行表征；表征方法如下：
第一步，将发射光谱仪的光纤探头置于等离子体放电反应器的放电核心区域；将红外成像仪的第二图像采集器朝向等离子体放电核心区域；将高速图像捕捉系统的第一图像采集器置于等离子体放电反应器的放电核心区域；将数字示波器的电压探头附属高压极与等离子体放电反应器的高压极相连，数字示波器的电压探头附属接地极与地线相连，数字示波器的电流探头与等离子体放电反应器相连；
第二步，打开等离子体放电反应器，通过等离子体放电反应器得到等离子体；
第三步，打开发射光谱仪、红外成像仪、高速图像捕捉系统与数字示波器，并通过发射光谱仪、红外成像仪、高速图像捕捉系统与数字示波器对等离子体进行实时表征。
2.如权利要求1所述的一种等离子体原位表征方法，其特征在于，第一步中，打开在线质谱仪；第三步中，通过在线质谱仪测定等离子体区中存在的各种中性粒子及分子的种类和数量。
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