【多功能等離子體實(shí)驗(yàn)儀器】
功能、作用介紹：
等離子體是大自然中除固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)以外的第四態(tài)，是由正離子、負(fù)離子、中性原子以及分子所形成的離子化氣體狀物質(zhì)。它廣泛存在于宇宙中。等離子體是一種很好的導(dǎo)電體，利用經(jīng)過巧妙設(shè)計(jì)的磁場可以捕捉、移動(dòng)和加速等離子體。等離子體技術(shù)的發(fā)展為材料、能源、信息、環(huán)境空間、空間物理、地球物理等科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展提供了新的技術(shù)和工藝。
在各高校的材料、物理以及化學(xué)學(xué)科的多門課程中均涉及到等離子體技術(shù)的應(yīng)用。如《表面工程學(xué)》《材料合成與制備方法》、《復(fù)合材料》以及《納米材料與納米科技》和《薄膜物理》。但由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的缺乏，很多教學(xué)實(shí)驗(yàn)無法正常開展。一般實(shí)力雄厚的研究團(tuán)隊(duì)所購等離子體設(shè)備均為團(tuán)隊(duì)自用，較少做成公共平臺。而且大部分購進(jìn)的等離子體設(shè)備功能較為單一，只能滿足某一方面的特殊要求，不能達(dá)到多功能化。
在基于多年等離子體技術(shù)基礎(chǔ)上，優(yōu)化現(xiàn)有等離子體技術(shù)(專利號：ZL2009102725014.4)，綜合利用磁控技術(shù)、電弧放電技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)，本儀器利用中空陰極和輔助陽極之間的大功率的弧光放電，產(chǎn)生高濃度的等離子體，避免了其它現(xiàn)有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的等離子體發(fā)生系統(tǒng)，陰陽極結(jié)構(gòu)和材料經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，可以長時(shí)穩(wěn)定的工作。
本儀器與現(xiàn)有等離子體發(fā)生儀器相比，結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了大幅度的簡化。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括四個(gè)部分：一是抽氣系統(tǒng);二是控制系統(tǒng);三是真空室系統(tǒng);四是中空陰極等離子體源系統(tǒng)。抽氣系統(tǒng)主要采用機(jī)械泵+分子泵模式，用機(jī)械泵進(jìn)行粗抽，分子泵精抽;根據(jù)設(shè)定的程序自動(dòng)完成抽真空，流量計(jì)參數(shù)設(shè)定及控制，基片臺轉(zhuǎn)速設(shè)定及控制，溫控設(shè)定及控制，電源電流、電壓及鍍膜時(shí)間的設(shè)定與控制，真空計(jì)顯示等;真空室系統(tǒng)包括400×400×400mm3的腔體以及輔助的進(jìn)氣和出氣系統(tǒng)構(gòu)成;中空陰極等離子體系統(tǒng)包括控弧和起弧系統(tǒng)，控弧采用電磁線圈進(jìn)行控制，引弧采用接觸式機(jī)械引弧。
利用該實(shí)驗(yàn)臺，通入不同的烴類氣體，則可以在不同的氣壓條件下完成石墨烯、碳納米管以及納米二氧化鈦等的合成實(shí)驗(yàn);改變靶材材質(zhì)，則可以進(jìn)行典型的TiN和CrN涂層的實(shí)驗(yàn)研究工作。如果通入不同反應(yīng)氣體，則可以完成等離子體催化工作。該儀器的研發(fā)將為國內(nèi)高校多個(gè)學(xué)科專業(yè)提供公共實(shí)驗(yàn)平臺，滿足不同實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要。
該儀器開發(fā)團(tuán)隊(duì)長期以來一直從事等離子體技術(shù)及設(shè)備的研究，承擔(dān)過多項(xiàng)等離子體相關(guān)的國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目及教改項(xiàng)目。目前已經(jīng)設(shè)計(jì)和試制了多套實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)等離子體裝備，應(yīng)用到多家企業(yè)和實(shí)驗(yàn)室，在等離子體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和試制等方面具有豐富的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
作品名稱：多功能等離子體實(shí)驗(yàn)儀器
完成單位：武漢大學(xué)
