常壓射頻反應(yīng)等離子體拋光機(jī)理研究

利用常壓射頻反應(yīng)等離子體中的高密度高活性粒子與工件材料表面的原子發(fā)生物理、化學(xué)作用，可以實(shí)現(xiàn)高效的、原子級(jí)的材料去除，從而有效地解決超光滑表面加工中存在的效率極低、容易產(chǎn)生表層及亞表層損傷、表面清洗困難等問(wèn)題，是目前國(guó)際上超光滑加工領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本課題在對(duì)多場(chǎng)多參數(shù)耦合作用下的常壓反應(yīng)等離子體的特性進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，采用分子動(dòng)力學(xué)仿真等手段，著重研究常壓等離子體中活性粒子與工件表面的氣-固相物理、化學(xué)作用過(guò)程，揭示等離子體拋光的材料高效去除機(jī)理和超光滑表面形成機(jī)理。同時(shí)，采用AFM、XPS、XRD等手段，探討了常壓等離子體拋光表面的微觀缺陷的形成機(jī)制，并以此為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了面向工藝過(guò)程優(yōu)化的多參數(shù)解耦控制。本項(xiàng)目研究的突破，將是我國(guó)在超光滑表面的加工領(lǐng)域的重要方法創(chuàng)新，將為我國(guó)在尖端光學(xué)、微電子等領(lǐng)域的應(yīng)用提供重要技術(shù)支撐，有很高的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

常溫常壓合成氨一直是倍受關(guān)注的研究領(lǐng)域。電化學(xué)合成氨不受熱力學(xué)限制，可拓展合成氨反應(yīng)研究的范圍，同時(shí)電化學(xué)合成氨吸附活化、供電子活化和質(zhì)子化過(guò)程可協(xié)同進(jìn)行，并可通過(guò)控制電極電勢(shì)、質(zhì)子傳輸速率等方法方便地控制和測(cè)量。采用電化學(xué)方法研究常溫常壓下氨合成的動(dòng)力學(xué)和機(jī)理具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。電化學(xué)合成氨研究具有重要理論意義和潛在的應(yīng)用價(jià)值。 2100433B

激光等離子體點(diǎn)火技術(shù)具有點(diǎn)火位置和時(shí)序精確可控、電磁兼容性好、工況適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，在內(nèi)燃機(jī)、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等動(dòng)力系統(tǒng)上具有廣泛的應(yīng)用前景。項(xiàng)目針對(duì)激光等離子體點(diǎn)火參數(shù)和機(jī)理不明確的研究現(xiàn)狀，開(kāi)展了激光等離子體點(diǎn)火機(jī)理研究，獲得了如下創(chuàng)新性研究成果。 1）建立了甲烷/氧氣混合燃?xì)饧す獾入x子體點(diǎn)火化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，研究了熱效應(yīng)和燃燒化學(xué)反應(yīng)效應(yīng)在點(diǎn)火過(guò)程中的作用，明確了影響成功點(diǎn)火的關(guān)鍵因素是初始火核中激光等離子體產(chǎn)生早期形成的活性基團(tuán)的濃度，提出了“熱效應(yīng)-燃燒化學(xué)反應(yīng)”點(diǎn)火新機(jī)理，完善了現(xiàn)有的“間接點(diǎn)火”模型。 2）系統(tǒng)獲得了甲烷/氧氣混合燃?xì)饧す庹T導(dǎo)等離子體的電子溫度、電子密度、時(shí)空演化、活性粒子分布、振轉(zhuǎn)溫度等特性，為分析激光等離子體點(diǎn)火機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。 3）系統(tǒng)開(kāi)展了甲烷/氧氣預(yù)混和擴(kuò)散燃?xì)庀到y(tǒng)激光等離子體點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)研究，建立了最小點(diǎn)火能量、點(diǎn)火延時(shí)等參數(shù)的研究方法，獲得了相關(guān)參數(shù)的邊界條件，為激光等離子體點(diǎn)火的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 4）提出了激光燒蝕等離子體點(diǎn)火技術(shù)，使成功點(diǎn)火的激光脈沖能量降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，有利于激光等離子體點(diǎn)火系統(tǒng)的小型化，促進(jìn)了激光等離子體點(diǎn)火技術(shù)的工程應(yīng)用。 5）在國(guó)內(nèi)最先開(kāi)展了液氧/甲烷等低溫燃料的激光等離子體點(diǎn)火研究，突破了低溫推進(jìn)劑燃料可靠重復(fù)點(diǎn)火的技術(shù)瓶頸，在姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模擬器上成功實(shí)現(xiàn)了液氧/甲烷的激光等離子體點(diǎn)火，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。 6）克服了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中湍流耦合、激波干擾等惡劣條件，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了Ma2.52超聲速氣流條件下航空煤油的直接激光點(diǎn)火和穩(wěn)定燃燒，為超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠重復(fù)點(diǎn)火奠定了基礎(chǔ)。 本項(xiàng)目的研究成果對(duì)于加深激光等離子體點(diǎn)火機(jī)理的研究、促進(jìn)激光等離子體點(diǎn)火的工程應(yīng)用具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值，為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)等先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)的可靠重復(fù)點(diǎn)火提供了重要的技術(shù)支撐。 2100433B