[發明專利]一種觀察塵埃斑圖的裝置

無效

• 申請號: 201110197884.0
• 申請日: 2011-07-14
• 公開（公告）號: CN102306469A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 張鵬云;王華強;牟宗信
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G09B23/20
• 分類號: G09B23/20
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明屬于低溫等離子體領域，涉及一種觀察塵埃等離子體中塵埃斑圖的裝置。

背景技術

塵埃等離子體，就是包含有塵埃顆粒的等離子體，又稱為復雜等離子體，是由電子、離子、中性粒子和帶負電的大塵埃顆粒組成的等離子體。等離子體中塵埃顆粒由于比較大(微米量級)，其表面會吸附大量的電子，從而帶上負電荷(約幾千個電子電荷)。塵埃顆粒比較大，重力就不能忽略了，在重力的作用下，塵埃顆粒會向下電極上落去，由于下電極上的負的鞘層自偏壓，塵埃顆粒會懸浮在殼層中，大量的塵埃顆粒聚集在一起，像云一樣，形象地稱為塵埃云。

塵埃云懸浮在鞘層上，會形成各種圖形，即塵埃云斑圖。塵埃云斑圖可能是塵埃空洞(塵埃云中沒有塵埃顆粒的區域，通常在塵埃云中心，也有復雜的空洞斑圖)，也有可能是磁化等離子體中的雙螺旋結構等結構。塵埃云斑圖還會隨時間演化，如塵埃空洞的旋轉和收縮等。

塵埃斑圖的形成原因各不相同，有些斑圖的形成是由于溫度梯度引起的熱泳力，有些斑圖的形成是由于塵埃顆粒所受的離子拖拽力和電場力平衡作用的結果。影響塵埃斑圖的因素比較多，也使得塵埃斑圖的表現豐富多彩。

發明內容

本發明提供了一種觀察塵埃等離子體中塵埃斑圖的裝置。

本發明的技術方案是：一種觀察塵埃等離子體中塵埃斑圖的裝置，由射頻電源(13.56MHz)、反應室(由玻璃等透明材料制成，設計成圓筒狀)、電極(由導體或絕緣體等材料制成，下電極要設計成有凹孔以約束塵埃顆粒，上電極要有一透明觀察窗口)、穩定和控制放電的匹配網絡、用于形成塵埃顆粒(塵埃顆粒再形成塵埃斑圖)的工作介質，如乙烯和硅烷以及載氣(氬氣)等，以及相應的監控部分(質量流量控制等)；加上塵埃斑圖的觀察和控制部分共同組成。本發明的關鍵部件是：塵埃斑圖的觀察和控制部分。

本發明的塵埃斑圖觀察部分由塵埃斑圖照明和塵埃斑圖的記錄與分析兩部分組成。塵埃斑圖照明部分由激光器(可以是He-Ne激光器，半導體激光器等)和光具組(由反射鏡，柱透鏡，凹透鏡，導軌，支架等)組成；塵埃斑圖的記錄與分析部分是由記錄設備(可以是CCD，數碼相機，數碼攝像機，光譜儀等)以及用于存儲數據的計算機組成；反應室設計成透明的圓筒狀。工作時，點燃激光器，激光器射出激光束，激光束經光具組擴束成片光束進入反應室來照明塵埃斑圖，用記錄設備對塵埃斑圖記錄和拍照，并輸入相連的計算機，在計算機中存儲和分析塵埃斑圖的狀況。

本發明的塵埃顆粒控制部分由改進的電極(將驅動極設計成微凹，對圓形電極而言，其深度與直徑之比為0.05-0.1)和直流負偏壓電源(0--500V，給驅動極加負偏壓)組成。改進的電極，負的直流偏壓及控制放電氣體的壓強(10-100Pa)和放電功率(10-100W)，可綜合控制塵埃斑圖。

工作時，在射頻電源作用下，兩電極間的工作介質發生放電，在匹配網絡的調節下，產生穩定的等離子體，在塵埃斑圖控制部分的控制下，在工作介質監控部分的調節下，形成塵埃斑圖，并用塵埃斑圖觀察部分觀察、存儲和分析塵埃斑圖。

本發明的效果和益處是，本發明提出一種觀察塵埃斑圖的裝置，能夠實時地觀察塵埃斑圖的形成和演化過程，觀察不同的塵埃斑圖及其演化與放電氣體的壓強、放電功率間的關系，還可以通過分析存儲的塵埃斑圖以得到等離子體中塵埃顆粒的形成、運動、演化等信息。該裝置可以廣泛用于大中專院校普通物理實驗的實驗設置中，還可用于塵埃等離子體的科學研究中，不論在常規的物理實驗教學中，還是在等離子體的有關科學研究中都有強大的生命力和廣泛的應用前景。

具體實施方式

以下結合技術方案敘述本發明的具體實施方式。

工作電源采用13.56MHz的射頻電源；反應室是圓筒狀，圓筒是透明玻璃制成的，以方便照明和觀察塵埃斑圖，上下兩電極由不銹鋼材料制成，下電極是驅動極，設計成微凹，直徑10cm，上電極接地，直徑30cm，中間有一觀察窗，上下電極間距2-10cm可調；激光器及相應的光具組擴束成片光束從側面照明塵埃顆粒，CCD相機和相連接計算機用來觀察和存儲塵埃斑圖；工作介質采用硅烷和乙烯，載氣是氬氣。氣壓是40-100Pa，射頻功率是20-50W，負偏壓0--100V。通過調節氣壓、功率，調節氣體流量，調節負偏壓；調節硅烷、乙烯和氬氣間的相對比例，形成塵埃斑圖。