輝光放電
關注創建者：C乘風破浪 創建時間：2022-06-20
輝光放電的實例教程
直流輝光放電數值仿真 ￥500
<p>長期以來，低壓狀態下的直流輝光放電一直用于氣體激光器和熒光燈。由于解與時間 無關，因此直流放電對于研究很有吸引力。本案例使用等離子體接口來建立對正柱區區的分析，其中通過在陰極處發射二次電子來維持放電。柱內電子密度的仿真結果如圖1所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202301/d6784e9c0550438394d3858de9c0b9f8.gif" alt="電子密度.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 電子密度</strong></p><p> 電子密度峰值出現在陰極下降與正柱區 之間的區域，該區域有時被稱為法拉第暗區。電子密度在徑向上迅速降低，這是由于電子向柱外壁的擴散損失導致在壁上積累表面電荷造成的。負電荷的積累導致柱中心 產生了對壁的正電勢。</p><p> 電子溫度仿真結果，如圖2所示。電勢仿真結果，如圖3所示。
展開 氖氣特性是，承受足夠高的一定電壓時氣體會發生電離，,氣體中產生自由電荷,自由電荷定向移動形成電流，電離時伴生輝光。所以當氖管的兩極間電壓增大到一定值時（稱作起輝電壓，一般在60—90伏）管內氣體導電，發生美麗的輝光放電現象。輝光放電的特點是電流小，溫度不高，在正常輝光放電時，其電壓不隨電流變化。一句話總結，氖管發光是氖氣在高電壓下發生的氣體電離放電現象。
第二個問題：不觸電的原因是電流太小。肯定會有人追問，到底多小呢，人體可是連幾個毫安的電流就能感覺到了。那么到底有多小呢？下面來算算看。當人使用測電筆時，電源的火線同筆尖接觸，假設與地面接觸良好，則火線和測電筆內部的電阻、氖管、人體和大地構成串聯電路。測電筆中的電阻一般在1兆歐左右，人體電阻一般在1千歐左右，氖管的起輝電壓U0取80伏，電源電壓取220伏，由此可以計算（220-80）/（1000000+1000）=0.14毫安。而人能感覺到的電流在1毫安以上，引起觸電的電流在10毫安以上，均遠遠大于0.14毫安，因此，我們可以得出結論：使用測電筆時電流通過了人體，但因電流太弱，所以人根本感覺不到，更無法引起觸電。
第三個問題：穿絕緣鞋也能看到氖管發光，雖然絕緣鞋隔離了人體和大地，其實通路仍然是存在的。因為人體和大地之間，等效于存在一個分布電容（離地面近時大概數百皮法）。在交流電電路中，電容和電阻一樣，是可以通過電流的。人體和大地之間的這個微小的分布電容對50赫茲交流電雖然產生很大阻礙作用，但仍然能使回路中產生幾十微安左右的電流（計算方法同第二個問題中的方法，電容的容抗1/wc自己可以算），從而使氖管發光，當然如果人在遠離地面和墻壁的空中去測試，由于人與大地的分布電容很小，容抗很大，測電筆中的氖管就可能不會發光了。
展開 離子氮化又稱輝光滲氮，是利用輝光放電原理進行的。
熱處理行業最漂亮的風景莫過于此。
今天咱們分享一家國外專業從事離子滲氮服務的公司Ionitech Ltd. 這家公司有著40多年的離子滲氮的經驗。我們都知道，所有行業的許多零件和工具都要進行等離子滲氮。
離子滲氮是在充以含氮氣體的低真空爐體內把金屬工件作為陰極爐體為陽極，通電后介質中的氮氫原子在高壓直流電場下被電離，在陰陽極之間形成等離子區。
在等離子區強電場作用下，氮和氫的正離子以高速向工件表面轟擊。離子的高動能轉變為熱能，加熱工件表面至所需溫度。由于離子的轟擊，工件表面產生原子濺射，因而得到凈化，同時由于吸附和擴散作用，氮遂滲入工件表面。
作為七十年代興起的一種新型滲氮方法，與氣體滲氮相比具有滲氮速度快、滲氮層組織易于控制、脆性小、無環境污染、節約電能，氣源、變形小等優點。
看一個高清的離子滲氮的視頻，希望這個工藝能給大家留下深刻的印象。
脈沖輝光放電滲氮(等離子滲氮)是提高金屬和合金硬度和耐磨性的有效方法。該方法的基本技術優勢是該過程發生的低溫導致可忽略的體積變形。
等離子滲氮是一種技術可能性很大的方法，適用于處理形狀和幾何形狀非常復雜的零件。
可以獲得期望結構的擴散層，即擴散飽和過程是可控的，并且可以被優化以符合對層質量的特定要求。所獲得的氮化物區域是致密的，并且與基底金屬牢固連接。
等離子滲氮也能夠處理不銹鋼零件，而不需要預蒸鍍工藝。也可以進行處理，以保持鋼的耐腐蝕性。
展開 固體中He氣放電數值仿真 ￥500
本案例所建立的模型中，固體部分通過靜電場和稀物質傳遞物理場模擬電荷的傳輸和固體電場分布，氣體部分通過等離子體場模擬氦氣的輝光放電。通過域1和3包裹域2模擬固體包裹氣體，探究固體中電荷傳輸和電場分布對氣體放電的影響。基于COMSOL軟件實現了固氣界面的表面電荷耦合，COMSOL軟件中采用的模塊及模型如圖1所示。
仿真結果如下圖所示。
終端電流及電壓
氣體放電電壓
感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流合作
這是首次報道放電等離子體技術用于實現多糖-大分子酚酸的接枝。輝光放電等離子體是一種罕見、綠色、高效的方法，不需要催化劑和引發劑，工藝設備簡單，操作方便。用該方法制備的水凝膠具有良好的抗氧化性能、較高的生物相容性和血液相容性。此外，該水凝膠可以在濕潤的組織中實現強大的粘連，提供抗菌和止血性能，并促進傷口愈合，為多功能生物醫用粘合劑的開發提供了更多的可能性。
以上研究成果近期以“Bio-Adhesive Catechol-modified Chitosan Wound Healing Hydrogel Dressings through Glow Discharge Plasma Technique”為題，發表在《Chemical Engineering Journal》上。
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然而，它們不與電弧放電一起工作，而是與低溫輝光放電一起工作。工作電流通常在較低的毫安范圍內，而大功率弧光燈通常在幾安培下工作。
燈中的發射體積通常保持相對較小，因為對于許多應用來說，人們無論如何只能利用來自相對較小區域的光。這意味著電極相對靠近，并且工作電壓低于長弧光燈。
通常，實際的燈殼被集成到另一個玻璃燈殼中，該玻璃燈殼通常為近似圓柱形。
<p>長期以來，低壓狀態下的直流輝光放電一直用于氣體激光器和熒光燈。由于解與時間 無關，因此直流放電對于研究很有吸引力。本案例使用等離子體接口來建立對正柱區區的分析，其中通過在陰極處發射二次電子來維持放電。柱內電子密度的仿真結果如圖1所示。
化學熱處理方法：
氣體法：應用最廣
液體法：熔融液體，熱浸鋅
固體法：粉末、膏劑，滲硼
等離子法：低真空中輝光放電產生的離子轟擊表面
化學熱處理三個基本過程：
①介質的分解：形成活性原子；
②表面吸收和溶解：形成固溶體或化合物；
③原子擴散：形成一定的擴散層。
它可以在 COMSOL 案例庫的許多模型中找到，例如直流輝光放電模型。這種化學有四種物質，包括電子、基態、有效激發態和離子。電子碰撞截面描述的電子碰撞反應有 5 種：與基態的彈性碰撞，對 Ars 的激發，Ars 的去激發，從基態電離和激發態的電離。使用反應 特征包括潘寧電離和 Ars 態的淬滅。在表面，離子被中和，Ars 去激發至基態。
圖5 氬氣的等離子體化學。
磁控濺射鍍膜技術即利用入射粒子和靶材的碰撞過程，利用磁場控制輝光放電產生的等離子體來轟擊出靶材表面的粒子并使其沉積到基體表面，有著“高速低溫”的特點，其沉積速率比其它濺射鍍膜方法要高出一個數量級，拓展了濺射的領域。高速沉積可以降低工作氣體消耗、降低薄膜污染、提高工作效率并改善薄膜的質量。
本案例所建立的模型中，固體部分通過靜電場和稀物質傳遞物理場模擬電荷的傳輸和固體電場分布，氣體部分通過等離子體場模擬氦氣的輝光放電。通過域1和3包裹域2模擬固體包裹氣體，探究固體中電荷傳輸和電場分布對氣體放電的影響。基于COMSOL軟件實現了固氣界面的表面電荷耦合，COMSOL軟件中采用的模塊及模型如圖1所示。
仿真結果如下圖所示。
6.等離子體增強化學氣相淀積系統（PECVD）
設備功能：在沉積室利用輝光放電，使其電離后在襯底上進行化學反應，沉積半導體薄膜材料。
所以當氖管的兩極間電壓增大到一定值時（稱作起輝電壓，一般在60—90伏）管內氣體導電，發生美麗的輝光放電現象。輝光放電的特點是電流小，溫度不高，在正常輝光放電時，其電壓不隨電流變化。一句話總結，氖管發光是氖氣在高電壓下發生的氣體電離放電現象。
第二個問題：不觸電的原因是電流太小。肯定會有人追問，到底多小呢，人體可是連幾個毫安的電流就能感覺到了。那么到底有多小呢？下面來算算看。
6.等離子體增強化學氣相淀積系統（PECVD）
設備功能：在沉積室利用輝光放電，使其電離后在襯底上進行化學反應，沉積半導體薄膜材料。
（3）外界氣候影響造成的放電聲，如大霧天、雪天造成套管處電暈放電或輝光放電，呈現“嘶嘶”、“嗤嗤”聲，夜間可見藍色小火花。
（4）鐵芯故障和繞組故障也能引起異音。
