低溫等離子體技術(shù)的案例
中科院攻克電子產(chǎn)品低溫等離子體防水涂層關(guān)鍵技術(shù)
2016年，一家來自江蘇的企業(yè)敏銳地嗅到了電子產(chǎn)品防水涂層市場的商機(jī)，多方打聽來到寧波材料所，希望能與海洋環(huán)境材料研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行合作，開發(fā)低溫等離子體納米涂層裝備與關(guān)鍵技術(shù)。
在設(shè)備方面，海洋環(huán)境材料研究團(tuán)隊(duì)攻克了全自動(dòng)一體化設(shè)計(jì)與在線監(jiān)控技術(shù)，等離子體場、電場、化學(xué)場的優(yōu)化融合技術(shù)系列等關(guān)鍵難點(diǎn)，開發(fā)了FT-X系列低溫等離子體納米涂層制備設(shè)備，破解了涂層生產(chǎn)效率、質(zhì)量、均勻性、成品率與性價(jià)比等方面難題。
在納米涂層工藝上，團(tuán)隊(duì)攻克了單體功能團(tuán)合成與調(diào)控技術(shù)和涂層多尺度結(jié)構(gòu)控制技術(shù)，構(gòu)建了多尺度梯度納米涂層體系，解決了防水、防護(hù)與散熱、透波性、導(dǎo)通性間的矛盾。
經(jīng)過兩年努力，海洋環(huán)境材料研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一系列防水納米涂層，分別實(shí)現(xiàn)了電子產(chǎn)品IPX3級(jí)、IPX5級(jí)、IPX7級(jí)和客戶自定義級(jí)防水，并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
技術(shù)領(lǐng)先于國內(nèi)外同行
經(jīng)過測試，電子產(chǎn)品穿上海洋環(huán)境材料研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的“防水衣”，在水深1米的情況下浸泡1小時(shí)，撈上來后仍能正常使用。
據(jù)悉，當(dāng)前電子產(chǎn)品主要采用結(jié)構(gòu)防水和涂層防水兩種方式，通常結(jié)構(gòu)防水可以達(dá)到IPX7級(jí)，但是成本較高，工藝復(fù)雜；涂層防水成本較低，但是通常防水級(jí)別相對較低，很難達(dá)到IPX7級(jí)。
曾志翔介紹道：“我們通過工藝和設(shè)備的持續(xù)創(chuàng)新，用涂層的方法，低成本實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品的IPX7級(jí)以上防水效果。相關(guān)技術(shù)綜合指標(biāo)領(lǐng)先國內(nèi)外同類企業(yè)，突破了國外技術(shù)壟斷，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列技術(shù)，已為企業(yè)節(jié)約了大量生產(chǎn)和售后服務(wù)成本。”
團(tuán)隊(duì)對比國內(nèi)外企業(yè)的一些同類產(chǎn)品后發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)低溫等離子體納米涂層的操作工藝簡便、自動(dòng)化程度高、只需要2個(gè)工人即能管理一條日產(chǎn)數(shù)萬個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)線；使用該涂層的電子產(chǎn)品防水性好，無須增加密封件，僅通過涂層即能實(shí)現(xiàn)IPX7級(jí)防水，“目前未見國內(nèi)外其他科研單位和企業(yè)的量產(chǎn)技術(shù)達(dá)到這個(gè)水平”。
展開 uV光解廢氣處理設(shè)備的工作原理：
UV光解廢氣處理設(shè)備的特點(diǎn)：
UV光解技術(shù)的特點(diǎn)： 成本低廉，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，無需專人看護(hù)，但在廢氣處理的速度上較慢，相比低溫等離子技術(shù)效率偏低。
低溫等離子體是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質(zhì)第四態(tài)，當(dāng)外加電壓達(dá)到氣體的放電電壓時(shí)，氣體被迅速擊穿，產(chǎn)生包括電子、各種離子、原子和自由基在內(nèi)的混合體。放電過程中雖然電子溫度很高，但重粒子溫度很低，整個(gè)體系呈現(xiàn)低溫狀態(tài)，所以稱為低溫等離子體。 低溫等離子體降解污染物是利用這些高能電子、自由基等活性粒子和廢氣中的污染物作用，使污染物分子在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生分解，并發(fā)生后續(xù)的各種反應(yīng)以達(dá)到降解污染物的目的。（注：低溫等離子體相對于高溫等離子體而言，屬于常溫運(yùn)行。） 等離子體反應(yīng)區(qū)富含極高的物質(zhì)，如高能電子、離子、自由基和激發(fā)態(tài)分子等，廢氣中的污染物質(zhì)可與這些具有較高能量的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使污染物質(zhì)在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生分解，并發(fā)生后續(xù)的各種反應(yīng)以達(dá)到講解污染物的目的。與傳統(tǒng)的電暈放電形式產(chǎn)生的低溫等離子技術(shù)相比較，等離子體技術(shù)放電密度是電暈放電的1500倍，這就是傳統(tǒng)低溫等離子體技術(shù)治理工業(yè)廢氣99%以失敗而告終的原因。
與目前國內(nèi)常用的異味氣體治理方法相比，等離子工業(yè)廢氣處理技術(shù)具有以下特點(diǎn)： 低溫等離子體技術(shù)應(yīng)用于惡臭氣體治理，具有處理效果好，成本雖然偏高，但運(yùn)行費(fèi)用極低，無二次污染，運(yùn)行穩(wěn)定，操作管理簡便，即開用等，瞬間就可以處理廢氣，效率高的同時(shí)，低溫等離子技術(shù)對環(huán)境的安全系數(shù)要求很高。
UV光解廢氣處理設(shè)備較其他廢氣處理設(shè)備的優(yōu)勢：
1、UV光解即紫外光照射技術(shù)，通過紫外燈管產(chǎn)生的185nm光譜與253.7nm光譜對廢氣成分進(jìn)行照射，分解廢氣中的氧分子產(chǎn)生臭氧，利用臭氧對廢氣進(jìn)行氧化分解的技術(shù)。
展開 醫(yī)院低溫等離子滅菌器過氧化氫泄露監(jiān)測用傳感器
其中醫(yī)院的低溫等離子滅菌器是通過產(chǎn)生過氧化氫的霧氣對醫(yī)用品進(jìn)行殺菌消毒的。
那么為什么要檢測過氧化氫泄露了？ 工采網(wǎng)小編為您解答：
因?yàn)檫^氧化氫是爆炸性強(qiáng)氧化劑，其自身不燃，但能與可燃物反應(yīng)放出大量熱量和氧氣而引起著火爆炸。然后醫(yī)院又是常用過氧化氫的場所，所以出于安全考慮都會(huì)安裝上過氧化氫氣體報(bào)警器。過氧化氫氣體報(bào)警器是安裝在低溫等離子滅菌器附近監(jiān)測過氧化氫泄露的，當(dāng)過氧化氫氣體泄露濃度達(dá)到危害性的報(bào)警值，過氧化氫氣體報(bào)警器便會(huì)啟動(dòng)自身的報(bào)警功能聲光報(bào)警，警醒工作人員。工采網(wǎng)提供過氧化氫氣體報(bào)警器中檢測過氧化氫氣體的傳感器：英國Alphasense 過氧化氫傳感器 雙氧水氣體傳感器 - H2O2-B1， H2O2-B1測量范圍:5000ppm ,靈敏度:80～130nA/ppm ,響應(yīng)時(shí)間:< 25s ,線性范圍: +/-30ppm ,過載:10000ppm ,分辨率:0.5ppm
展開 華中科技大學(xué)趙彥兵/聶蘭蘭/武漢大學(xué)張玉峰CEJ：通過等離子體技術(shù)制備鄰苯二酚改性殼聚糖生物粘合劑
這是首次報(bào)道放電等離子體技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)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(fā)劑，工藝設(shè)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(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的粘連，提供抗菌和止血性能，并促進(jìn)傷口愈合，為多功能生物醫(yī)用粘合劑的開發(fā)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(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。
展開 
什么是等離子體（Plasma）？
我們在等離子體理論中，明確定義，一切傳統(tǒng)科學(xué)所定義的宇宙、星系、恒星、行星、原子、質(zhì)子、電子、中子、植物、動(dòng)物、人類、外星人和生命，都被定義為，是具有不同質(zhì)量和磁引力場強(qiáng)度的等離子體。
我們對“物質(zhì)”的定義為：多個(gè)等離子體相互作用，在環(huán)境中獲得磁引力場的平衡后，組合在一起的分子狀態(tài)。
所有磁引力場強(qiáng)度處于物理世界這個(gè)層面的等離子體，在物理維度中存在著不同的狀態(tài)：
1、甘斯?fàn)顟B(tài)：
在環(huán)境中作為單個(gè)、獨(dú)立、完整的等離子體存在，具有自己的中心旋轉(zhuǎn)內(nèi)核與整體的磁引力場，與環(huán)境的磁引力場相互作用，產(chǎn)生球形的磁層圈，具有自我意識(shí)，可以自我維持，不斷尋找并維持與環(huán)境的磁引力場平衡，這樣的等離子體，被定義為——等離子體的“甘斯”狀態(tài)。甘斯作為一個(gè)等離子體，在中心有一個(gè)旋轉(zhuǎn)內(nèi)核，這個(gè)內(nèi)核的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)創(chuàng)造了從中心向外釋放、流動(dòng)的磁場——磁力場，和從外向內(nèi)聚集、流動(dòng)的磁場——引力場。
當(dāng)甘斯（等離子體）磁力場向環(huán)境釋放磁引力場能量的時(shí)候，同時(shí)引力場也在從環(huán)境中吸收磁引力場能量，這樣同時(shí)一放一收、一出一進(jìn)，形成良性循環(huán)，維持整體的平衡，在初始質(zhì)量上就不會(huì)有任何減少與消耗，向環(huán)境釋放的磁引力場能量越多，同時(shí)從環(huán)境中吸收的磁引力場能量也越多，作為能量的供給，維持整體的平衡，通過這樣的方式，任何一個(gè)甘斯（等離子體）就具有了無限可用的能量，可以在宇宙維持自身的永恒存在。這種無限與永恒，并不是通過貪婪的從環(huán)境中獲取更多，讓自己的質(zhì)量變得更大，大到可以讓自己永恒存在，這種貪婪的方式是不可能讓自己永恒的，因?yàn)楂@得在多，質(zhì)量在大，也還是有個(gè)具體數(shù)字的，仍然是有限的，而無限是沒有具體數(shù)字的，通過同時(shí)一出一進(jìn)、一放一收的無限循環(huán)，就完美的實(shí)現(xiàn)了永恒，即使是一個(gè)初始質(zhì)量非常非常小的等離子體，仍然可以通過這樣的方式在宇宙中自我維持，獲得永恒存在。
展開 35種廢氣處理工藝流程圖，值得一看！
低溫等離子體
低溫等離子體是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質(zhì)第四態(tài)，當(dāng)外加電壓達(dá)到氣體的著火電壓時(shí)，氣體分子被擊穿，產(chǎn)生包括電子、各種離子、原子和自由基在內(nèi)的混合體。放電過程中雖然電子溫度很高，但重粒子溫度很低，整個(gè)體系呈現(xiàn)低溫狀態(tài)，所以稱為低溫等離子體。低溫等離子體降解污染物是利用這些高能電子、自由基等活性粒子和廢氣中的污染物作用，使污染物分子在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生分解，并發(fā)生后續(xù)的各種反應(yīng)以達(dá)到降解污染物的目的。
低溫等離子體空氣凈化設(shè)備能夠顯著治理的污染有:VOC、惡臭氣體、異味氣體、油煙、粉塵，也可用于消毒殺菌。低溫等離子體技術(shù)是一種全新的凈化過程，不需要任何添加劑、不產(chǎn)生廢水、廢渣，不會(huì)導(dǎo)致二次污染。
展開 全球首創(chuàng)多通道等離子體點(diǎn)火器
導(dǎo)讀：8月10日，2018中國西安國際科學(xué)技術(shù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)暨第十三屆中國西安國際高新技術(shù)成果交易會(huì)在西安開幕。記者從參展的西安空天能源動(dòng)力智能制造研究院有限公司獲悉，該公司與航空等離子體動(dòng)力學(xué)國家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合作研制的多通道等離子體點(diǎn)火器，克服了目前航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)等在高空低溫低壓和高速飛行條件下點(diǎn)火困難的世界性難題，領(lǐng)先國外技術(shù)，為全球首創(chuàng)。
國際首創(chuàng)多通道等離子體點(diǎn)火器亮相西安科博會(huì)
據(jù)介紹，飛機(jī)升空需由點(diǎn)火器引燃燃燒室，進(jìn)而使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生推力。當(dāng)飛機(jī)飛行至高空時(shí)，因進(jìn)氣畸變等原因，一旦發(fā)生空中熄火停車，飛機(jī)必須進(jìn)行二次點(diǎn)火啟動(dòng)。
然而在高空低溫低壓環(huán)境下，飛機(jī)燃油霧化蒸發(fā)特性顯著惡化，會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)火困難、燃燒效率低下。為成功二次啟動(dòng)，飛機(jī)必須降低飛行高度至8000米以下。因此，提高發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火器性能，拓展高空二次點(diǎn)火高度，對保證飛機(jī)飛行安全和效能發(fā)揮意義重大。
目前主流的航空發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火器只有一個(gè)放電通道，僅能將點(diǎn)火電源裝置的能量釋放1/4左右。該公司研制的多通道等離子體點(diǎn)火器，可在點(diǎn)火電源裝置不變的前提下，使其放電能量和初始火核體積變大1倍以上，能在更惡劣條件下點(diǎn)燃燃油，顯著拓寬點(diǎn)火邊界，縮短點(diǎn)火延遲時(shí)間，多數(shù)情況下無須降低飛機(jī)飛行高度。
西安空天動(dòng)力研究院的副總工程師王衛(wèi)民告訴記者，傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火器在低壓、低溫、高速等極端條件會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)火困難、容易熄火的問題，這就需要更大的初始火核。
展開 comsol等離子體模塊
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的原理
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(jī)械離心原理設(shè)計(jì)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(jī)械除油技術(shù)，風(fēng)機(jī)煤氣動(dòng)力凈化油煙。利用流體力學(xué)的雙向流動(dòng)理論，實(shí)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(xì)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(jìn)入低溫等離子體凈化段。
本實(shí)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(fù)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(gè)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(shí)間，實(shí)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(shí)，會(huì)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(xì)菌中的核酸和蛋白質(zhì)，使其無法進(jìn)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(dú)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(jìn)入纖維體的深層，將聲能量轉(zhuǎn)化為振動(dòng)能，以保證設(shè)備的噪聲得到降低。
展開 使用 COMSOL 進(jìn)行等離子體化學(xué)仿真
等離子體化學(xué)對等離子體建模非常重要。例如，通過反應(yīng)和碰撞才能明確等離子體中不同物質(zhì)之間的相互作用。有了這些信息，就可以計(jì)算物質(zhì)傳輸方程中出現(xiàn)的源項(xiàng)和傳遞系數(shù)。這篇文章，我們將介紹等離子體化學(xué)的組成部分，在哪里以及如何獲取等離子體建模的相關(guān)數(shù)據(jù)。我們還將討論制備等離子體化學(xué)的方法。
等離子體化學(xué)組件
在低電離度的低溫等離子體中，主要的物質(zhì)是
中性物質(zhì)。
這意味著電子和離子在是中性氣體背景中傳輸(它們主要與之碰撞)的。
對于我們感興趣的等離子體建模，電子的能量要比等離子體中的所有其他物
質(zhì)高得多，電子平均能量約為幾個(gè)電子伏特，背景氣體的溫度范圍在室溫到 1000 K 左右。
在許多工業(yè)反應(yīng)堆中，等離子體通過施加一個(gè)能夠?qū)㈦娮蛹铀俚娇赡馨l(fā)生電離的能量的電場來維持。在這種情況下，電子可以被認(rèn)為是維持放電的主要載體，因?yàn)樗鼈儚碾妶鲋蝎@得能量，并在與背景氣體的碰撞中失去能量，反應(yīng)產(chǎn)物可以是中性激發(fā)態(tài)、電子和離子。激發(fā)態(tài)和離子等重物質(zhì)也會(huì)發(fā)生碰撞，導(dǎo)致電荷轉(zhuǎn)移、電離和離子-離子復(fù)合。在等離子體反應(yīng)器中，物質(zhì)通過擴(kuò)散和遷移進(jìn)行運(yùn)輸，最終到達(dá)表面。需要描述與表面的相互作用。例如，假設(shè)電子在到達(dá)金屬表面時(shí)被吸收并且離子被中和到基態(tài)是正常的。
總之，等離子體化學(xué)的主要元素是物質(zhì)和性質(zhì)，包括傳輸系數(shù)、電子撞擊反應(yīng)、重物質(zhì)反應(yīng)和表面反應(yīng)。下面我們來更詳細(xì)地討論這些內(nèi)容。
電子碰撞反應(yīng)
電子碰撞反應(yīng)可分為彈性、激發(fā)、電離或附著。我們可以使用 COMSOL Multiphysics? 仿真軟件中的電子碰撞反應(yīng) 功能定義這些類型的反應(yīng)。下圖是氧氣電離反應(yīng)的設(shè)置。
圖1 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)的電子碰撞反應(yīng)功能。 設(shè)置窗口顯示了電離分子氧的電子碰撞反應(yīng)功能。反應(yīng)由電子碰撞截面指定。
展開 OptiMode應(yīng)用矢量有限元法模擬表面等離子體激元
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(qiáng)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)
?
傳感
?
信號(hào)傳輸
?
光學(xué)偏振器
?
彎曲波導(dǎo)
2. 優(yōu)勢
?
VFEM模式求解器可輕松處理高橫縱比的波導(dǎo)
?
搜索具有復(fù)值模式指數(shù)的模態(tài)
?
高階插值混合向量/節(jié)點(diǎn)元素,可以準(zhǔn)確地捕捉到金屬與電介質(zhì)交界面附近的高電場強(qiáng)度
?
三角網(wǎng)格尺寸能夠適應(yīng)高精度材料屬性
?
利用波導(dǎo)的對稱性，可以降低仿真域并把具有特定對稱性的模態(tài)作為目標(biāo)
?
VFEM快速而且精確
3. 仿真描述
矢量有限元法（VFEM）模式求解器接收復(fù)介電常數(shù)材料，并使用特別適合對高對比度介電界面進(jìn)行建模的矢量基函數(shù)來表示。其中一個(gè)很好的例子就是使用VFEM模式求解器來計(jì)算表面等離子傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
該結(jié)構(gòu)在研究中背面顯示為黑色輪廓線，中心范圍的銀由介電常數(shù)為4的材料圍繞。材料銀在633nm波長的介電常數(shù)是-19-j0.53[1]。該傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)不僅僅有高介電常數(shù)對比度組成，同時(shí)具有較高的橫縱比，即寬度遠(yuǎn)大于厚度。
利用對稱邊界和如[1]中分類的模式組合，相應(yīng)波導(dǎo)厚度模式的色散曲線如圖1所示。所有模式具有一個(gè)主Ey分量，該分量有TM模組成并具有無限寬度結(jié)構(gòu)。
展開 
OptiMode應(yīng)用矢量有限元法模擬表面等離子體激元
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(qiáng)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)
?傳感
?信號(hào)傳輸
?光學(xué)偏振器
?彎曲波導(dǎo)
2.優(yōu)勢
?VFEM模式求解器可輕松處理高橫縱比的波導(dǎo)
?搜索具有復(fù)值模式指數(shù)的模態(tài)
?高階插值混合向量/節(jié)點(diǎn)元素,可以準(zhǔn)確地捕捉到金屬與電介質(zhì)交界面附近的高電場強(qiáng)度
?三角網(wǎng)格尺寸能夠適應(yīng)高精度材料屬性
?利用波導(dǎo)的對稱性，可以降低仿真域并把具有特定對稱性的模態(tài)作為目標(biāo)
?VFEM快速而且精確
3.仿真描述
矢量有限元法（VFEM）模式求解器接收復(fù)介電常數(shù)材料，并使用特別適合對高對比度介電界面進(jìn)行建模的矢量基函數(shù)來表示。其中一個(gè)很好的例子就是使用VFEM模式求解器來計(jì)算表面等離子傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
該結(jié)構(gòu)在研究中背面顯示為黑色輪廓線，中心范圍的銀由介電常數(shù)為4的材料圍繞。材料銀在633nm波長的介電常數(shù)是-19-j0.53[1]。該傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)不僅僅有高介電常數(shù)對比度組成，同時(shí)具有較高的橫縱比，即寬度遠(yuǎn)大于厚度。
利用對稱邊界和如[1]中分類的模式組合，相應(yīng)波導(dǎo)厚度模式的色散曲線如圖1所示。所有模式具有一個(gè)主Ey分量，該分量有TM模組成并具有無限寬度結(jié)構(gòu)。
圖1 模態(tài)指數(shù)作為銀厚度的函數(shù)
對于厚度值較小的一些模式表現(xiàn)出較小的損耗，如SS0模式，其Ey分量關(guān)于x和y軸對稱。SS0模式備受關(guān)注，因?yàn)槌似漭^低的損耗，其坡印廷矢量與一個(gè)光纖(HE11)的基模在形狀上極為相似[1]。
SS0模式的坡印廷矢量沿軸傳輸顯示在背面；注意的是，功率在交界面的限制遠(yuǎn)大于中心。
展開 粗論COMSOL等離子體仿真
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(jìn)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(gè)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(kuò)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(shí)驗(yàn)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(kuò)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(shí)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(gè)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(jìn)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(shí)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?yàn)闅鈮哼^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(jì)算精度，還嚴(yán)重影響計(jì)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 基于comsol進(jìn)行等離子體缺陷的二維微結(jié)構(gòu)電磁調(diào)制仿真
關(guān)鍵詞：微結(jié)構(gòu)器件；禁帶效應(yīng)；等離子體缺陷；開關(guān)調(diào)控；電磁波調(diào)制
光子晶體是一種介電常數(shù)呈周期變化的材料，通常通過調(diào)節(jié)介質(zhì)材料與空氣或其他具有折射率差異材料間的周期排列結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電磁波透射率在特定頻段下出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，在當(dāng)前的電磁調(diào)制器件開發(fā)中有著極為廣闊的應(yīng)用前景。但受限于光子晶體器件調(diào)制功能較為單一、調(diào)制靈活性較低這一問題，本文通過在現(xiàn)有光子晶體中設(shè)置等離子體二維點(diǎn)缺陷，利用禁帶缺陷態(tài)效應(yīng)，顯著提高了電磁調(diào)制器件的調(diào)制效率和靈活性，對于高效電磁調(diào)制器件的開發(fā)設(shè)計(jì)與有限元仿真具有一定借鑒意義。
本文主要從點(diǎn)缺陷和設(shè)置及電磁調(diào)制響應(yīng)Comsol仿真仿真展開，基于禁帶缺陷態(tài)調(diào)制理論，本文選擇三角形晶格結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，選用氧化鋁為纖維棒作為微結(jié)構(gòu)介質(zhì)材料進(jìn)行二維建模，氧化鋁纖維折射率為3.08，直徑為6mm，周圍環(huán)境為空氣，折射率為1。為設(shè)置二維點(diǎn)缺陷，在中間設(shè)置基于SiO2前提的等離子體缺陷，等離子體折射率為0.97，建模如圖1所示。
圖1（a）無點(diǎn)缺陷光子晶體結(jié)構(gòu)建模；（b）設(shè)置等離子體二維點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)建模
基于上述模型建立，對于此二維結(jié)構(gòu)仿真，波源采用端口激勵(lì)，波沿Y軸傳播TE模式，電場沿著Z軸振動(dòng)。為了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確，對于此模型中的TM波，沿X軸的兩個(gè)邊界處設(shè)為完美磁導(dǎo)體，可以用來模擬Ｘ軸方向上無限多層。
通過物理場控制網(wǎng)格劃分后，對于原始二維光子晶體結(jié)構(gòu)在6 GHz~16.2 GHz下進(jìn)行電磁仿真，仿真結(jié)果如圖2所示。仿真結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)在8~10 GHz和15.2~16 GHz下展現(xiàn)出兩個(gè)近零透過率的禁帶頻段，實(shí)現(xiàn)了較好的電磁調(diào)制。并由禁帶頻率9 GHz下電場分布解析可知，禁帶頻段下，特定波長電磁波無法透過該光子晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而展現(xiàn)出極低透射率。
展開 OptiFDTD應(yīng)用：納米盤型諧振腔等離子體波導(dǎo)濾波器
簡介：
? 表面等離子體激元（SPPs）是由于金屬中的自由電子和電介質(zhì)中的電磁場相互作用而在金屬表面捕獲的電磁波，并且它在垂直于界面的方向上呈指數(shù)衰減。[1]
? 與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導(dǎo)相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導(dǎo)具有很強(qiáng)的光約束，對SPPs來說，其傳播距離可接受。
? 有許多種類的納米波導(dǎo)濾波器：齒形等離子體波導(dǎo)[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環(huán)形諧振腔[4]。
? MIM波導(dǎo)中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
? 選擇TM偏振波激發(fā)SPPs
? 應(yīng)用正弦調(diào)制高斯脈沖光來模擬感興趣的波長
? 輸入場橫向設(shè)置為模式場剖面（使用模式求解器計(jì)算）
? 網(wǎng)格尺寸要小到足以研究SPPs
? 對于諧振器，仿真時(shí)間應(yīng)該足夠長，使時(shí)域內(nèi)的場在使用脈沖時(shí)衰減到很小的值。
? 用Lorentz-Drude模型對銀的色散進(jìn)行了研究。
納米盤諧振腔設(shè)計(jì)
模擬結(jié)果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長530 nm和820 nm的兩個(gè)峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來計(jì)算。
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