目錄
前言
第一部分　等離子體物理基礎
第1章　等離子體基礎知識3
1.1　等離子體的概念3
1.2　等離子體的基本參數(shù)和分類4
1.2.1　等離子體密度和電離度4
1.2.2　電子溫度和離子溫度4
1.3　等離子體的一般性質6
1.3.1　等離子體的準電中性6
1.3.2　德拜屏蔽和德拜長度6
1.3.3　朗繆爾振蕩和等離子體頻率8
1.3.4　等離子體參量和等離子體判據(jù)9
1.4　等離子體鞘10
1.4.1　鞘的形成10
1.4.2　穩(wěn)定離子鞘的判據(jù)12
1.4.3　蔡爾德-朗繆爾定律14
1.5　等離子體電導和介電常數(shù)17
1.5.1　穩(wěn)態(tài)電導17
1.5.2　高頻電導和介電常數(shù)18
1.5.3　復電導和復介電常數(shù)18
1.5.4　磁化等離子體的介電張量20
1.5.5　等離子體中的波和色散關系22
第2章　等離子體輸運過程23
2.1　碰撞的基本規(guī)律23
2.1.1　彈性碰撞與非彈性碰撞23
2.1.2　平均自由程25
2.1.3　碰撞截面27
2.1.4　微分碰撞截面27
2.2　熱運動27
2.2.1　平均能量和速率分布28
2.2.2　雜散電流密度29
2.3　遷移運動29
2.3.1　電子的遷移29
2.3.2　離子的遷移31
2.4　擴散33
2.4.1　連續(xù)性方程和擴散系數(shù)33
2.4.2　愛因斯坦關系33
2.4.3　縱向擴散和橫向擴散34
2.5　雙極擴散34
2.6　有磁場的電荷運動36
2.6.1　磁回旋36
2.6.2　有磁場的遷移36
2.6.3　有磁場的擴散37
2.6.4　有磁場的雙極擴散39
2.6.5　磁場非均勻性的影響39
第3章　等離子體基元過程43
3.1　電離43
3.1.1　電子碰撞電離43
3.1.2　激發(fā)態(tài)粒子電離和彭寧效應45
3.1.3　光電離45
3.1.4　合成電離46
3.1.5　熱電離46
3.2　激發(fā)46
3.3　電荷轉移47
3.4　電荷的消失47
3.4.1　離子復合47
3.4.2　電荷擴散48
3.5　負離子的產生和消失49
3.6　等離子體輻射51
3.6.1　等離子體輻射的主要形式51
3.6.2　譜線增寬54
第4章　等離子體描述和模擬56
4.1　基于微觀運動的粒子描述56
4.2　基于統(tǒng)計力學的動理學描述57
4.2.1　分布函數(shù)57
4.2.2　玻爾茲曼方程58
4.2.3　宏觀量58
4.2.4　熱平衡分布及宏觀量60
4.3　基于宏觀量的流體描述64
4.4　流體模擬方法66
4.5　PIC模擬方法70
第5章　低溫等離子體診斷80
5.1　等離子體診斷概述80
5.1.1　診斷對象80
5.1.2　主要診斷方法81
5.1.3　診斷系統(tǒng)實現(xiàn)82
5.1.4　數(shù)據(jù)采集與誤差分析84
5.2　放電參數(shù)診斷86
5.2.1　電壓與電場86
5.2.2　電流與磁場91
5.3　探針診斷92
5.3.1　探針的概念92
5.3.2　朗繆爾探針94
5.3.3　其他探針99
5.4　輻射測量102
5.4.1　基本概念102
5.4.2　紅外光測量102
5.4.3　可見光測量103
5.4.4　紫外光測量107
5.4.5　X射線和γ射線測量109
5.4.6　高速攝影110
5.5　光譜診斷113
5.5.1　發(fā)射光譜113
5.5.2　吸收光譜117
5.5.3　激光誘導熒光光譜118
5.5.4　光腔衰蕩光譜120
5.5.5　碰撞輻射模型121
5.6　激光診斷與微波診斷124
5.6.1　激光診斷技術124
5.6.2　微波診斷技術129
第二部分　氣體放電理論
第6章　湯森放電理論137
6.1　電子崩和湯森電離系數(shù)137
6.1.1　湯森第一電離系數(shù)——a系數(shù)137
6.1.2　湯森第二電離系數(shù)——B系數(shù)139
6.1.3　湯森第三電離系數(shù)——y系數(shù)139
6.2　湯森判據(jù)139
6.3　帕邢定律140
6.4　氣體放電的相似定律142
6.5　電負性氣體的擊穿144
6.6　帕邢曲線的適用條件和偏離145
6.6.1　有限電極145
6.6.2　微電極間隙146
6.6.3　非均勻電場146
6.7　放電的發(fā)展和穩(wěn)定：羅戈夫斯基理論146
6.7.1　空間電荷對放電的影響146
6.7.2　自持放電的穩(wěn)定過程148
6.8　湯森放電理論的局限性148
第7章　流注放電理論150
7.1　流注放電理論的定性說明150
7.2　雷特判據(jù)和米克判據(jù)151
7.2.1　雷特判據(jù)151
7.2.2　米克判據(jù)153
7.3　流注擊穿的一般公式155
7.4　流注形成的概率157
7.5　湯森放電與流注擊穿之間的過渡159
第8章　高頻放電理論161
8.1　電場頻率對氣體擊穿的影響161
8.2　遷移決定的擊穿164
8.3　擴散決定的擊穿165
8.4　高頻電場的電離增強效應166
第三部分　典型的低溫等離子體產生形式
第9章　直流輝光放電和湯森放電171
9.1　正常輝光放電的基本特征和分區(qū)171
9.1.1　陰極區(qū)171
9.1.2　過渡區(qū)172
9.1.3　正柱區(qū)173
9.1.4　陽極區(qū)174
9.2　穩(wěn)定陰極位降區(qū)分析175
9.2.1　伏安特性175
9.2.2　陰極位降和電流密度177
9.2.3　正常輝光放電電流密度的穩(wěn)定機制179
9.3　過渡區(qū)分析180
9.4　正柱區(qū)分析181
9.4.1　帶電粒子的徑向分布182
9.4.2　電子溫度183
9.4.3　軸向電場強度184
9.4.4　放電電流對電子溫度和電場強度的影響185
9.4.5　徑向電場分布187
9.5　湯森暗放電188
9.5.1　電流和電荷分布189
9.5.2　電場分布190
9.5.3　湯森暗放電的電流極限191
9.6　穩(wěn)定輝光放電和湯森放電的形成過程191
9.6.1　輝光放電的形成過程191
9.6.2　湯森放電的形成過程193
9.6.3　亞輝光放電和脈沖放電195
9.7　輝光放電的不穩(wěn)定性195
9.7.1　不穩(wěn)定性的一般機制195
9.7.2　條紋現(xiàn)象199
9.7.3　放電通道收縮和自組織205
9.8　幾種非正常輝光放電205
第10章　空心陰極放電207
10.1　空心陰極放電的基本結構和形成207
10.2　空心陰極放電的特征210
10.2.1　腔內電位和電場分布210
10.2.2　負輝區(qū)的電子能量分布210
10.2.3　陰極濺射211
10.3　空心陰極放電的產生條件211
10.4　空心陰極放電的模式轉換212
10.4.1　空心陰極放電的啟動212
10.4.2　伏安特性曲線212
10.4.3　HCD的實現(xiàn)方式214
10.5　增強空心陰極放電215
10.6　微空心陰極放電216
第11章　電弧放電218
11.1　電弧放電的特點和類型218
11.1.1　電弧放電的特點218
11.1.2　電弧放電的分類221
11.1.3　幾點問題221
11.2　電弧放電的結構與特性222
11.2.1　電弧放電的結構222
11.2.2　陰極區(qū)物理過程與特性223
11.2.3　陽極區(qū)物理過程與特性226
11.2.4　正柱區(qū)物理過程與特性227
11.3　電弧放電的電極電位分布和伏安特性230
11.3.1　電位分布230
11.3.2　伏安特性231
11.4　電弧放電的啟動、穩(wěn)定燃燒與熄滅233
11.4.1　電弧放電的啟動233
11.4.2　電弧放電的穩(wěn)定燃燒234
11.4.3　電弧放電的熄滅234
11.5　不同氣壓電弧放電的特點235
11.5.1　真空電弧放電(p<7.5mTorr)235
11.5.2　低氣壓電弧放電(7.5mTorrp<76Torr)235
11.5.3　高氣壓電弧放電(76Torrp760Torr)236
11.5.4　超高氣壓電弧放電(p>760Torr)237
第12章　電暈放電238
12.1　電暈放電的基本結構和擊穿特性238
12.1.1　電極結構238
12.1.2　電暈擊穿239
12.1.3　極性效應240
12.1.4　擊穿時延241
12.2　穩(wěn)定電暈及伏安特性242
12.2.1　穩(wěn)態(tài)電暈的離子和電場分布242
12.2.2　穩(wěn)態(tài)電暈的伏安特性244
12.2.3　穩(wěn)定電暈的閾值條件245
12.3　電暈離子風246
12.4　電暈放電的模式轉換249
12.4.1　伏安特性249
12.4.2　電暈放電的模式轉換過程251
12.5　特里切爾脈沖254
12.5.1　特里切爾脈沖的特征254
12.5.2　特里切爾脈沖的形成過程和機理256
12.5.3　特里切爾脈沖的電磁輻射特性265
12.5.4　一般電暈放電的電磁輻射265
第13章　介質阻擋放電267
13.1　DBD的基本結構和原理267
13.2　輝光DBD270
13.2.1　對面型DBD270
13.2.2　共面型DBD277
13.2.3　沿面型DBD279
13.2.4　基于DBD的等離子體射流282
13.3　流注DBD285
13.4　DBD的模式轉換286
13.5　DBD的非線性現(xiàn)象291
13.5.1　條紋291
13.5.2　自組織斑圖295
13.5.3　時間混沌和分岔300
第14章　射頻放電313
14.1　電容耦合射頻放電314
14.1.1　電容耦合等離子體中場的一般特征314
14.1.2　恒定離子密度模型317
14.1.3　等效電路320
14.1.4　其他特性324
14.2　電感耦合射頻放電327
14.2.1　電感耦合等離子體中場的一般特征328
14.2.2　系統(tǒng)總阻抗與等離子體阻抗332
14.2.3　電感耦合等離子體的變壓器模型335
14.3　螺旋波放電336
14.3.1　螺旋波及裝置介紹337
14.3.2　無限大磁化等離子體中射頻波的傳播338
14.3.3　圓柱等離子體中螺旋波340
14.3.4　其他問題341
第15章　微波放電344
15.1　微波產生的等離子體344
15.2　等離子體中的微波傳播345
15.3　電子回旋共振等離子體源347
第四部分　低溫等離子體應用技術
第16章　低溫等離子體表面工程技術355
16.1　低溫等離子體刻蝕355
16.1.1　等離子體刻蝕工藝的原理356
16.1.2　等離子體刻蝕機分類359
16.2　低溫等離子體濺射361
16.2.1　等離子體濺射的基本原理361
16.2.2　等離子體濺射的分類364
16.3　低溫等離子體沉積368
16.3.1　濺射沉積369
16.3.2　等離子體增強化學氣相沉積371
16.4　低溫等離子體注入375
16.4.1　等離子體浸沒離子注入的基本原理375
16.4.2　等離子體浸沒離子注入的應用376
16.5　等離子體表面改性378
16.5.1　等離子體聚合物材料表面改性379
16.5.2　等離子體玻璃表面改性385
第17章　低溫等離子體材料合成技術387
17.1　納米材料的合成387
17.1.1　電弧放電法制備納米材料387
17.1.2　微等離子體放電法制備納米材料391
17.2　臭氧的合成397
17.2.1　介質阻擋放電臭氧合成技術397
17.2.2　介質阻擋放電合成臭氧的反應機理400
第18章　低溫等離子體光源技術402
18.1　等離子體照明光源402
18.1.1　氣體放電燈的基本特性403
18.1.2　高強度氣體放電燈工作原理404
18.1.3　主要的氣體放電光源406
18.2　等離子體顯示技術410
18.2.1　等離子體顯示板的分類411
18.2.2　等離子體顯示板的結構及其工作原理412
18.2.3　等離子體顯示板的發(fā)光機理415
第19章　低溫等離子體環(huán)境技術417
19.1　低溫等離子體廢氣處理技術417
19.1.1　低溫等離子體無機廢氣處理417
19.1.2　低溫等離子體凈化有機廢氣421
19.2　等離子體技術廢水處理技術424
19.2.1　等離子體廢水處理的基本原理424
19.2.2　等離子體技術處理廢水的應用428
19.3　等離子體固體廢棄物處理技術430
19.3.1　等離子體固體廢棄物處理機理430
19.3.2　處理固體廢棄物的等離子體發(fā)生器431
19.3.3　等離子體固體廢棄物處理應用434
第20章　等離子體推進技術437
20.1　等離子體推進原理437
20.1.1　推力的產生437
20.1.2　等離子體的產生439
20.1.3　等離子體的加速方式440
20.2　離子推力器441
20.3　霍爾推力器442
20.4　螺旋波等離子體推力器443
20.5　磁等離子體動力推力器444
20.6　電弧推力器445
20.7　其他等離子體推力器446
第21章　等離子體生物醫(yī)學448
21.1　低溫等離子體活性粒子448
21.1.1　氣相活性粒子448
21.1.2　液相活性粒子450
21.2　等離子體消毒453
21.2.1　等離子體對器械、器具的滅菌消毒454
21.2.2　等離子體處理包裝材料454
21.2.3　等離子體凈化空氣中的微生物454
21.2.4　等離子體凈化水中的微生物455
21.3　等離子體醫(yī)學455
21.3.1　皮膚消毒、細胞分化和傷口愈合455
21.3.2　皮膚病的治療456
21.3.3　細胞的凋亡和癌癥的治療457
21.3.4　血液的凝固和快速止血457
21.3.5　牙科和齲齒的治療458
21.3.6　化妝和美容458
21.3.7　生物醫(yī)學材料的表面改性458
21.3.8　等離子體細胞保護459
21.4　等離子體農業(yè)461
21.4.1　等離子體食品處理461
21.4.2　等離子體生物誘變育種461
21.4.3　其他等離子體農業(yè)技術462
第22章　等離子體對電磁波的調控463
22.1　等離子體的電磁特性和電磁波傳輸463
22.1.1　等離子體介電常數(shù)和電導463
22.1.2　電磁波在等離子體中的傳播463
22.2　等離子體隱身464
22.2.1　電磁波在層狀等離子體中的傳播465
22.2.2　電磁波在曲面等離子體柱的散射472
22.3　等離子體射頻天線480
22.4　等離子體射頻開關485
22.4.1　等離子體射頻傳輸線485
22.4.2　等離子體微帶開關487
22.5　等離子體光子晶體493
22.5.1　一維等離子體光子晶體的頻率特性493
22.5.2　二維等離子體光子晶體498
第23章　等離子體電流體動力學效應和應用499
23.1　電流體動力學效應499
23.2　強化對流散熱501
23.3　流動控制504
23.3.1　等離子體流控的模擬505
23.3.2　流動控制的物理機制507
23.3.3　流動控制效應的實驗驗證512
參考文獻514