等離子體化學(xué)
關(guān)注創(chuàng)建者：我是小能 創(chuàng)建時間：2023-01-10
等離子體化學(xué)的視頻教程
基于FLUENT的直流等離子體矩數(shù)值模擬
這一期視頻主要講解了基于FLUENT的直流等離子體矩數(shù)值模擬方法。利用自定義標(biāo)量(UDS)和自定義函數(shù)(UDF)技術(shù)對FLUENT軟件進行二次開發(fā),在動量和能量守恒方程中添加相應(yīng)電磁源項，對純氬直流電弧等離子體矩射流進行二維和三維數(shù)值模擬并對結(jié)果進行對比。并且對整個建模流程和輸入?yún)?shù)的意義進行了詳細的講解。 QQ:2322349611
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等離子體化學(xué)的實例教程
重物質(zhì)傳遞系數(shù)
對于所有重物質(zhì)，等離子體接口中的默認設(shè)置是基于動力學(xué)理論計算擴散系數(shù)。用于計算擴散系數(shù)的方程使用了每種物質(zhì)的摩爾質(zhì)量、勢特征長度、勢能最小值和偶極矩。（你可以在參考文獻4和等離子體模塊用戶指南文檔的物質(zhì)傳遞屬性部分了解有關(guān)此方程的更多信息。你可以手動引入此信息，也可以使用預(yù)設(shè)物質(zhì)，如圖4所示。對于離子，默認情況下，使用擴散系數(shù)和愛因斯坦關(guān)系計算物質(zhì)遷移率。但是，也可以選擇指定遷移率并使用愛因斯坦關(guān)系計算擴散系數(shù)。要了解如何將離子遷移率用作一般意義上的電場函數(shù)，請參閱參考文獻5。
圖4 模型開發(fā)器顯示了用戶定義的氬氣和氧氣混合物的等離子體化學(xué)物質(zhì)的功能。
數(shù)據(jù)來源
如果沒有等離子體化學(xué)和相關(guān)數(shù)據(jù)，也可能很難獲得。需要大量的文獻研究，在許多情況下也需要大量的猜測工作。在這里，我們重點介紹可用于查找與等離子體化學(xué)相關(guān)的數(shù)據(jù)的參考文獻。例如，參考文獻6介紹了如何開發(fā)等離子體化學(xué)。作者還提供了等離子體化學(xué)數(shù)據(jù)的其他參考資料，并討論了如何估算數(shù)據(jù)。參考文獻2 和參考文獻3是關(guān)于等離子體物理和等離子體化學(xué)的教科書，并提供等離子體化學(xué)數(shù)據(jù)。參考文獻5包含將離子遷移率用作電場函數(shù)的示例。為了獲得電子碰撞反應(yīng)，我們建議使用 LXCat 數(shù)據(jù)庫。
獲得完整的等離子體化學(xué)的最簡單方法是找到一篇已經(jīng)完成的論文。參考文獻7和參考文獻8中提供了這方面的一個例子，作者分別介紹并討論了氬氧混合物和氯等離子體的等離子體化學(xué)成分。作者使用全局模型來研究化學(xué)物質(zhì)，并使用實驗結(jié)果進行驗證。
開發(fā)等離子體化學(xué)的工作流程
等離子體化學(xué)通常用于對等離子體反應(yīng)器進行建模。但是，最好將等離子體化學(xué)的制備與反應(yīng)器模型的創(chuàng)建分開。設(shè)置反應(yīng)器模型時，建議使用簡單的等離子體化學(xué)（如下面示例1 部分中的化學(xué)成分）以避免與等離子體化學(xué)相關(guān)的問題。
展開 接下來小編結(jié)合大部分人遇到的問題談一談使用COMSOL對等離子體進行仿真的困難！
1.首先我們要清楚COMSOL能仿真哪些等離子體現(xiàn)象？
這不是一個絕對的能或不能的問題。如果我們單純指comsol的等離子體模塊，那可以仿真的等離子體類型有很多。等離子體模塊的控制方程就是所謂的流體模型（即漂移擴散近似D-DA），我們知道等離子體仿真包括流體模型，粒子模型，混合模型。而流體模型針對不同的等離子體類型又有不同的‘變種’。比如常見的實驗室內(nèi)低溫等離子體反應(yīng)器如CCP,ICP，電暈，大氣壓的streamer，jet，直流輝光，這幾大類都可以使用漂移擴散的流體模型。那么對于等離子體反應(yīng)物種仿真，comsol也提供了全局模型。對于局部電場較高的情況下，提供了局部場（LFA）近似模型。
還有一類采用swarm參數(shù)的模型，比如電離系數(shù)，復(fù)合系數(shù)等均為局部電場的函數(shù)，這類模型可以使用PDE模塊。
如果想模擬局域或非局域熱平衡狀態(tài)的低溫等離子體，比如電弧，等離子體炬等熱等離子體，其控制方程為磁流體力學(xué)方程組，此時等離子體模塊將不再適用。而改用組合使用CFD和電磁場模塊。不要再嘗試用不適合的模型求解某個特定問題，那都將是徒勞。
原則上，只要仿真的物理模型為可數(shù)值求解的PDE方程組均可以使用comsol進行求解。
2.等離子體模塊的氣壓限制
氣壓不能太低（小于0.01Pa，但實際上針對不同的放電類型，有些類型的最低氣壓限制可能更高），因為氣壓過低等離子體已不能使用流體描述，流體模型將不再適用。
3. 網(wǎng)格的影響，難度****
網(wǎng)格不光影響計算精度，還嚴(yán)重影響計算收斂性，特別是等離子體仿真。網(wǎng)格要“合適”不能過疏也不能過密。
展開 近日，一項發(fā)表于《Scientific Reports》的研究為這一困境提供了解決方案[1] —— 基于金屬-絕緣體-金屬（MIM）雙環(huán)諧振器的等離子體光學(xué)生物傳感器，以其超高靈敏度、快速響應(yīng)及多細菌區(qū)分能力，有望重塑細菌檢測技術(shù)格局。
細菌檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與痛點
細菌感染仍然是全球發(fā)病率和死亡率的主要原因，診斷延遲往往會加劇臨床結(jié)果。然而，傳統(tǒng)檢測手段存在顯著短板：微生物培養(yǎng)需數(shù)天時間，PCR與酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA）技術(shù)依賴實驗室條件且操作復(fù)雜，難以在資源有限地區(qū)推廣應(yīng)用。即便在技術(shù)相對成熟的場景，這些方法對早期感染的低濃度細菌也常出現(xiàn)漏檢，延誤治療時機。
近年來，光學(xué)生物傳感器憑借無標(biāo)記檢測、實時分析、可微型化等優(yōu)勢成為研究熱點，其中等離子體傳感器因?qū)植空凵渎首兓某呙舾行悦摲f而出。表面等離子體激元（SPPs）在金屬-介質(zhì)界面的激發(fā)，可將電磁場強局域化，極大增強光與生物分子的相互作用，為高靈敏度檢測奠定基礎(chǔ)。但現(xiàn)有技術(shù)在特異性、多參數(shù)優(yōu)化及實際環(huán)境適應(yīng)性上仍有提升空間。
MIM 雙環(huán)諧振器傳感器的設(shè)計與優(yōu)化
（一）核心結(jié)構(gòu)：MIM雙環(huán)諧振器的設(shè)計
該傳感器采用MIM雙環(huán)諧振器結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，核心由兩層金屬夾一層介質(zhì)基板構(gòu)成，通過納米環(huán)與垂直臂的巧妙布局實現(xiàn)電磁場強約束。具體設(shè)計中，金納米環(huán)與金背反射器的組合被選為最優(yōu)方案——金具有優(yōu)異的等離子體共振特性與化學(xué)穩(wěn)定性，可有效減少生物環(huán)境中的干擾；絕緣介質(zhì)基板由一層制成，厚度經(jīng)優(yōu)化后確保電磁場與分析物的高效作用；傳感器整體結(jié)構(gòu)參數(shù)通過粒子群優(yōu)化（PSO）算法迭代優(yōu)化，最終確定關(guān)鍵尺寸如表1所示。
展開 等離子體模塊模擬出來 電子密度沒有流柱 是啥原因啊
等離子體油煙凈化器是根據(jù)低溫等離子體凈化原理和機械離心原理設(shè)計的，由離心分離段、高效過濾段、低溫等離子體凈化段、消聲段等組成。
1。離心分離段：采用機械除油技術(shù)，風(fēng)機煤氣動力凈化油煙。利用流體力學(xué)的雙向流動理論，實現(xiàn)了葉輪內(nèi)油煙的分離。通過改變?nèi)~片的角度和葉片的形狀，油煙分子在葉輪盤和葉片上碰撞積累。油煙呈顆粒油霧狀，被離心力拋入箱體內(nèi)壁，從漏水的油管中流出。
2.高效過濾消聲段：經(jīng)過前端處理后，大部分油煙被去除，而大部分逸出的微米煙經(jīng)高效過濾段(粗濾和細濾)處理后被過濾，剩余的亞微米油霧顆粒和煙氣中的有毒有害物質(zhì)和氣味進入低溫等離子體凈化段。
本實用新型具有吸聲降噪功能，有效地控制了設(shè)備的整體噪聲。
3。低溫等離子體凈化段：該部分主要采用電暈放電法產(chǎn)生高濃度離子，然后利用等離子體使煙氣中的顆粒以不同的(正負電荷)通過電場通過電場，使煙氣中的顆粒通過電場被吸引、凝聚，單個體積增大并堆積成大質(zhì)量和沉降，從而凈化煙氣，有效地收集小到亞微米大小的油煙顆粒。與直接用電場板吸附油煙顆粒的靜電凈化方式不同，可以延長電場的有效工作時間，實現(xiàn)低碳操作。
血漿是一種聚集物質(zhì)。當(dāng)高能電子與油煙中的分子發(fā)生碰撞時，會發(fā)生一系列的基本物理化學(xué)反應(yīng)，并在反應(yīng)過程中產(chǎn)生各種活性自由基和生態(tài)氧，即臭氧分解產(chǎn)生的原子氧。活性自由基能有效地破壞各種病毒和細菌中的核酸和蛋白質(zhì)，使其無法進行正常的代謝和生物合成，從而導(dǎo)致其死亡，而生態(tài)氧則能將油煙分子的氣味氣體迅速分解或減少為低分子無害物質(zhì)。
4.設(shè)備末端設(shè)有獨立的消聲段，采用優(yōu)質(zhì)玻璃纖維消聲材料，采用內(nèi)孔網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系，使聲波容易有效地進入纖維體的深層，將聲能量轉(zhuǎn)化為振動能，以保證設(shè)備的噪聲得到降低。
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等離子體化學(xué)的最新內(nèi)容
在過去的幾十年中，電子和光子學(xué)取得了長足的進步，顯著改進了數(shù)據(jù)處理技術(shù)，使我們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化。
表面等離子體光子學(xué)描述了在金屬-電介質(zhì)界面上對光信號進行納米級（十億分之一米）操作。受光子學(xué)的啟發(fā)，表面等離子體光子學(xué)利用了金屬納米結(jié)構(gòu)的獨特屬性，使得在近原子尺度下傳輸光信號成為可能。
在同一半導(dǎo)體芯片上集成傳統(tǒng)的光子學(xué)和電子學(xué)與表面等離子體光子學(xué)具有顯著的優(yōu)勢，可創(chuàng)造出超高速的計算機芯片和光通信器件
寫在前面
仿真、模擬、有限元分析、多物理場……這些術(shù)語是不是早已成為每位仿真人的“日常”？大家是否知曉其背后的技術(shù)原理和演進趨勢，正深刻地改變著世界？Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。本專題將以“一期一會”的形式，攜手各領(lǐng)域?qū)＜遥瑖@Ansys全產(chǎn)品線的技術(shù)優(yōu)勢，帶您深入解析流體、結(jié)構(gòu)、電子設(shè)計及電磁仿真、光學(xué)、光子學(xué)、半導(dǎo)體、自動駕駛、汽車
具體設(shè)計中，金納米環(huán)與金背反射器的組合被選為最優(yōu)方案——金具有優(yōu)異的等離子體共振特性與化學(xué)穩(wěn)定性，可有效減少生物環(huán)境中的干擾；絕緣介質(zhì)基板由一層制成，厚度經(jīng)優(yōu)化后確保電磁場與分析物的高效作用；傳感器整體結(jié)構(gòu)參數(shù)通過粒子群優(yōu)化（PSO）算法迭代優(yōu)化，最終確定關(guān)鍵尺寸如表1所示。
摘要
具有高調(diào)制效率和寬帶寬的電光（EO）馬赫-曾德爾調(diào)制器（MZM）對大容量光通信系統(tǒng)至關(guān)重要。迄今為止，薄膜鈮酸鋰（TFLN）MZM因其卓越的電光帶寬和緊湊性而成為極具前景的解決方案。然而，受限于電場與光場的限制效率不足而導(dǎo)致的低調(diào)制效率，集成TFLN MZM的長度仍然長達數(shù)毫米至數(shù)厘米。這一缺陷既阻礙了其在并行或復(fù)用領(lǐng)域的大規(guī)模集成，也妨礙了其與緊湊電子元件進行經(jīng)濟且高效地集成。
本研究通過將亞波長等離子體槽波導(dǎo)與
通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積法在晶圓上沉積300納米厚的SiN層。在SiN層上旋涂光刻膠（AR-P6200.09）。通過電子束光刻（Vistec EBPG-5200+）和感應(yīng)耦合等離子體干法刻蝕工藝，在光刻膠上形成波導(dǎo)、MMI和光柵耦合器圖案，并將其轉(zhuǎn)移至SiN層。隨后對SiN層進行300納米深度的刻蝕。去除殘留物后，通過電子束蒸發(fā)和剝離工藝沉積并制作350納米厚的分段慢波電極。
接著通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積法在芯片頂部沉積900nm厚的二氧化硅層（如圖5c所示）。隨后通過光刻、金屬蒸鍍及剝離工藝制備底部gold金屬電極（含T-segment與偏置電極），如圖5d所示。先沉積另一層二氧化硅（圖5e），再通過圖案化形成s-sep（圖5f）與g-sep（圖6i）結(jié)構(gòu)的絕緣層。頂部金屬電極再次通過光刻、金屬蒸發(fā)和剝離工藝制備（如圖5g、j所示）。
貴金屬材料的較大負值介電常數(shù)可用于亞波長波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。尤其是負介電常數(shù)使導(dǎo)模在金屬和正值電介質(zhì)材料之間存在一個單獨的截面。這些表面等離子體激元(SPPs)在金屬電介質(zhì)界面具有電場強度極值，由于其對任意接近該表面的改變極其敏感通常可用于傳感應(yīng)用。利用合適的模式解算器可以得到具有2D結(jié)構(gòu)的導(dǎo)模。
概述
貴金屬材料的較大負值介電常數(shù)可用于亞波長波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。尤其是負介電常數(shù)使導(dǎo)模在金屬和正值電介質(zhì)材料之間存在一個單獨的截面。這些表面等離子體激元(SPPs)在金屬電介質(zhì)界面具有電場強度極值，由于其對任意接近該表面的改變極其敏感通常可用于傳感應(yīng)用。利用合適的模式解算器可以得到具有2D結(jié)構(gòu)的導(dǎo)模。
等離子體平均功率流圖
1.應(yīng)用
?亞波長光學(xué)
?
從方法論角度分析光學(xué)制造技術(shù)，我們發(fā)現(xiàn)其核心僅基于約11種拋光技術(shù)：新鮮進給拋光（FFP）、延性加工（DG）、化學(xué)拋光（CP）、碗式進給拋光（BFP）、彈性發(fā)射加工（EEM）、磁流變拋光（MRF）、激光火焰拋光（LP）、離子束修形（IBF）、磨料漿射流加工（ASJ）、等離子體輔助化學(xué)蝕刻（PACE）、激光誘導(dǎo)背面濕法刻蝕（LIBWE）。
從方法論角度分析光學(xué)制造技術(shù)，我們發(fā)現(xiàn)其核心僅基于約11種拋光技術(shù)：新鮮進給拋光（FFP）、延性加工（DG）、化學(xué)拋光（CP）、碗式進給拋光（BFP）、彈性發(fā)射加工（EEM）、磁流變拋光（MRF）、激光火焰拋光（LP）、離子束修形（IBF）、磨料漿射流加工（ASJ）、等離子體輔助化學(xué)蝕刻（PACE）、激光誘導(dǎo)背面濕法刻蝕（LIBWE）。
