CN114112843A - 一种低压氧等离子体清洗有机污染物的性能评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低压氧等离子体清洗有机污染物的性能评价方法，包括：步骤一、测试膜层污染前的峰值透过率，进而计算得到膜层污染前的原孔隙率；步骤二、测试膜层污染后的峰值透过率，进而计算得到膜层污染后的现孔隙率；步骤三、根据原孔隙率和现孔隙率计算得到膜层污染后其中的有机污染物的空间浓度C1；步骤四、根据空间浓度C1计算得到等效空间浓度C2；步骤五、在膜层污染后使用等离子体对其进行清洗的过程中，重复步骤二到步骤四测试多次，对测得的多个等效空间浓度C2随清洗时间t的变化进行指数拟合，得到拟合公式：
Description
技术领域
本发明涉及等离子体清洗技术领域，具体为一种低压氧等离子体清洗有 机污染物的性能评价方法。
背景技术
在高功率及高能激光装置中，高通量光学元件多孔增透膜内的有机污染 物会严重影响元件的通光性能和激光损伤阈值。基于低压的氧等离子可有效 处理有机污染物，但对不同类型的有机污染物清洗效果存在差异，同时不同 的工艺条件也会改变氧等离子体的状态进而改变清洗性能。因此，确定特定 有机污染物清洗所需低压氧等离子的性能，便于达成对有机污染物的高效清 洗，对于低压氧等离子体在光学元件表面有机污染物去除的工程应用中具有 重要支撑作用。
目前，低压等离子体的性能状态评价主要通过物理参数的直接描述进行， 通常基于探针法或光谱法等对等离子体中的粒子状态进行测量，主要包括对 电子的测量和对特定状态激发粒子的测量，用以评价等离子体的激发状态。 对于电子的测量包括测量电子温度、电子密度和电子速度分布等，反映了等 离子体的整体状态，但与待清洗有机污染物无关，无法用来表征低压氧等离 子体对有机污染物的去除能力。对于特定状态激发粒子的测量可以确定特定 粒子的激发浓度，可反映等离子体中该粒子对有机污染物的去除能力，但低 压氧等离子中参与有机污染物去除反应的活性基团众多，特别是不同激发态 的活性氧原子均对污染物的去除有直接作用，因而无法用来评价低压氧等离 子体在有机污染物清洗过程中的性能。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说 明的优点。为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种低压氧 等离子体清洗有机污染物的性能评价方法，包括：
步骤一、测试膜层污染前的峰值透过率，进而计算得到膜层污染前的原 孔隙率；
步骤二、测试膜层污染后的峰值透过率，进而计算得到膜层污染后的现 孔隙率；
步骤三、根据原孔隙率和现孔隙率计算得到膜层污染后其中的有机污染 物的空间浓度C1；
步骤四、根据空间浓度C1计算得到等效空间浓度C2；
步骤五、在膜层污染后使用等离子体对其进行清洗的过程中，重复步骤 二到步骤四测试多次，对测得的多个等效空间浓度C2随清洗时间t的变化进 行指数拟合，得到拟合公式：
式中：β为有机污染物的初始浓度，α可作为用于评价该种状态等离子体 对有机污染物清洗能力的评价系数。
优选的是，其中，步骤一中，其过程为：光学元件上镀有镀膜材料构成 的增透膜，以空气、有机污染物、镀膜材料的混合物作为膜层；通过分光光 度计或标定的能量计测得膜层污染后的峰值透过率为Tf；
根据Rf＝1-Tf，得到未污染膜层的剩余反射率Rf；
根据
式中：n0为空气折射率，ng为镀膜材料 折射率；得到未污染膜层的折射率nf；
根据
式中：nm＝nf，ni为膜层中第i 种介质的折射率；得到未污染膜层的原孔隙率fi。
优选的是，其中，待膜层被有机污染物污染后，采用与步骤一相同的方 法，计算得到已污染膜层的现孔隙率。
优选的是，其中，根据D＝原孔隙率-现孔隙率；得到有机污染物在膜 层中的空间填充率D；
根据
式中：D为有机污染物的空间填充率、M为有机污染物 的摩尔质量、ρ为有机污染物的密度；得到有机污染物在膜层中的空间浓度 C1。
优选的是，其中，已污染膜层中有机污染物的化学式为CxHy，将CxHy改写为按照碳原子数分配的氢原子数的表达式，即CH2n的形式，式中：n由 CxHy确定，即n＝y/2x；那么CH2n基团的空间浓度，即有机污染物的等效空间 浓度C2与有机污染物的空间浓度C1的关系为：C2＝C1×x。
优选的是，其中，测试次数不少5次，采用最小二乘法对测得的多个等 效空间浓度C2随处理时间t的变化进行指数拟合。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明通过一种清洗中有机污染物等效空间浓度变化确立的评价方法， 实现对低压氧等离子体清洗多孔增透膜中碳氢有机污染物的性能评价，可用 于对光学元件表面有机污染物去除的低压等离子清洗系统的性能评价，评估 低压等离子清洗系统对特定污染物的清洗能力，便于根据需求设计或选择适 当的等离子清洗系统。同时本发明确立的评价系数也可结合等离子发射光谱 数据用于等离子清洗工艺参数的设定和应用，特别是，利于等离子清洗时长 的工艺参数设计。本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体 现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文 字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括” 术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1：
一种低压氧等离子体清洗有机污染物的性能评价方法，包括以下步骤：
步骤一、测试膜层污染前的峰值透过率，进而计算得到膜层污染前的原 孔隙率；其过程为：光学元件上镀有镀膜材料构成的增透膜，以空气、有机 污染物、镀膜材料的混合物作为膜层；通过分光光度计或标定的能量计测得 膜层污染后的峰值透过率为Tf；
根据Rf＝1-Tf，得到未污染膜层的剩余反射率Rf；
根据
式中：n0为空气折射率，ng为镀膜材料 折射率；得到未污染膜层的折射率nf；
根据
式中：nm＝nf，ni为膜层中第i 种介质的折射率；得到未污染膜层的原孔隙率fi。
步骤二、测试膜层污染后的峰值透过率，进而计算得到膜层污染后的现 孔隙率；其过程为：待膜层被有机污染物污染后，采用与步骤一相同的方法， 计算得到已污染膜层的现孔隙率。
步骤三、根据原孔隙率和现孔隙率计算得到膜层污染后其中的有机污染 物的空间浓度C1；其过程为：
根据D＝原孔隙率-现孔隙率；得到有机污染物在膜层中的空间填充率 D；
根据
式中：D为有机污染物的空间填充率、M为有机污染物 的摩尔质量、ρ为有机污染物的密度；得到有机污染物在膜层中的空间浓度 C1。
步骤四、根据空间浓度C1计算得到等效空间浓度C2；其过程为：已污染 膜层中有机污染物的化学式为CxHy，将CxHy改写为按照碳原子数分配的氢原 子数的表达式，即CH2n的形式，式中：n由CxHy确定，即n＝y/2x；那么CH2n基团的空间浓度，即有机污染物的等效空间浓度C2与有机污染物的空间浓度 C1的关系为：C2＝C1×x。
步骤五、在膜层污染后使用等离子体对其进行清洗的过程中，重复步骤 二到步骤四测试多次，对测得的多个等效空间浓度C2随清洗时间t的变化进 行指数拟合，得到拟合公式：
式中：β为有机污染物的初始浓度，α可作为用于评价该种状态等离子体 对有机污染物清洗能力的评价系数。其过程为：测试次数不少5次，采用最 小二乘法对测得的多个等效空间浓度C2随处理时间t的变化进行指数拟合。
由此可知，根据拟合公式：
评价系数α只与所使用的等离 子体的不同状态有关，那么若使用不同状态的等离子体对同种特定有机污染 物进行清洗时，在有机污染物的等效空间浓度C2一定的情况下，评价系数α 与清洗时间t呈反比，即评价系数α越大该状态的等离子体清洗能力就越强， 评价系数α越小该状态的等离子清洗能力就弱，评价系数α的数值大小即可 用于对不同状态等离子清洗特定有机物的清洗能力进行评价，从而便于进行 后续的清洗需求设计或选择适当的等离子清洗系统。
实施例2：
基于熔石英基底的溶胶-凝胶二氧化硅增透膜，已知，镀膜材料折射率为 1.44；有机污染物为DBP(邻苯二甲酸二丁酯)化学式为C16H22O4，DBP折 射率为1.4911，有机污染物密度为1.053g/cm3，摩尔质量为278.34g/mol；
(如表1)计算得到未污染膜层的原孔隙率为0.48980；由清洗时间t与有机 污染物的等效空间浓度C2(CH密度)，拟合得到0.00002269s-1的评价系数 α，α即可用于与评估等离子清洗系统对DBP的清洗能力，便于进行后续需 求设计或选择适当的等离子清洗系统。
表1
实施例3：
可通过化学平衡的方式直接构建评价系数α，α＝kCH2n*co* n+2；式中：kCH2n为有机污染物按碳原子数计算构建的化学反应常数；co*为氧原子的空间浓度； n为按碳原子数分配的氢原子个数；从化学平衡的原理可知，评价系数α是 能够用于评价不同状态等离子体对特定有机污染物的清洗能力的。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明 的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。尽管本发明的 实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它 完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可 容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概 念下，本发明并不限于特定的细节。
Claims (6)
1.一种低压氧等离子体清洗有机污染物的性能评价方法，其特征在于，包括：
步骤一、测试膜层污染前的峰值透过率，进而计算得到膜层污染前的原孔隙率；
步骤二、测试膜层污染后的峰值透过率，进而计算得到膜层污染后的现孔隙率；
步骤三、根据原孔隙率和现孔隙率计算得到膜层污染后其中的有机污染物的空间浓度C1；
步骤四、根据空间浓度C1计算得到等效空间浓度C2；
步骤五、在膜层污染后使用等离子体对其进行清洗的过程中，重复步骤二到步骤四测试多次，对测得的多个等效空间浓度C2随清洗时间t的变化进行指数拟合，得到拟合公式：
式中：β为有机污染物的初始浓度，α可作为用于评价该种状态等离子体对有机污染物清洗能力的评价系数。
2.如权利要求1所述的一种低压氧等离子体清洗有机污染物的性能评价方法，其特征在于，步骤一中，其过程为：光学元件上镀有镀膜材料构成的增透膜，以空气、有机污染物、镀膜材料的混合物作为膜层；通过分光光度计或标定的能量计测得膜层污染后的峰值透过率为Tf；
根据Rf＝1－Tf，得到未污染膜层的剩余反射率Rf；
根据[Rf＝(n0ng－nf 2)/(n0ng+nf 2)]2，式中：n0为空气折射率，ng为镀膜材料折射率；得到未污染膜层的折射率nf；
根据
式中：nm＝nf，ni为膜层中第i种介质的折射率；得到未污染膜层的原孔隙率fi。
3.如权利要求1所述的一种低压氧等离子体清洗有机污染物的性能评价方法，其特征在于，步骤二中，其过程为：待膜层被有机污染物污染后，采用与步骤一相同的方法，计算得到已污染膜层的现孔隙率。
4.如权利要求1所述的一种低压氧等离子体清洗有机污染物的性能评价方法，其特征在于，步骤三中，其过程为：
根据D＝原孔隙率－现孔隙率；得到有机污染物在膜层中的空间填充率D；
根据
式中：D为有机污染物的空间填充率、M为有机污染物的摩尔质量、ρ为有机污染物的密度；得到有机污染物在膜层中的空间浓度C1。
5.如权利要求1所述的一种低压氧等离子体清洗有机污染物的性能评价方法，其特征在于，步骤四中，其过程为：已污染膜层中有机污染物的化学式为CxHy，将CxHy改写为按照碳原子数分配的氢原子数的表达式，即CH2n的形式，式中：n由CxHy确定，即n＝y/2x；那么CH2n基团的空间浓度，即有机污染物的等效空间浓度C2与有机污染物的空间浓度C1的关系为：C2＝C1×x。
6.如权利要求1所述的一种低压氧等离子体清洗有机污染物的性能评价方法，其特征在于，步骤五中，其过程为：测试次数不少5次，采用最小二乘法对测得的多个等效空间浓度C2随处理时间t的变化进行指数拟合。
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