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【欧亿平台怎么注册】RUB通过电压波形定制的方法将等离子体中的反应性粒子密度提高了五倍

等离子在工业上用于镀膜玻璃或屏幕的透镜,或将微小的微小通道蚀刻到硅片上。然而,正如波鸿鲁尔大学(Ruhr-UniversitätBochum)的德国科学家朱利安·舒尔茨(Julian Schulze)博士发现的那样,这一切都可以更快,更准确地完成。通过调节能量供应,他能够将等离子体中的反应性粒子密度提高五倍。RUB开发的这种方法称为电压波形定制(VWT)。

朱利安·舒尔兹(Julian Schulze)在RUB的科学杂志鲁宾中解释说:“甚至可以通过调整电压形式将这些类型的颗粒的密度提高十倍。”这一发现对价值数十亿美元的半导体制造业至关重要。研究人员澄清说:“任何效率的提高都会转化为巨大的经济影响。”

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除了熟悉的物质的三种状态(固态,液态和气态)外,还有第四种聚集态。如果气体的电特性发生明显变化,则称为等离子体。

舒尔茨专注于在室温下形成的等离子体。它们在医学和工业应用中很受欢迎,因为它们不会降解或破坏周围的表面。例如,可以在两个电极之间点燃这种等离子体,其中两个电极之一接地,而另一电极上施加电压。

这会在电极周围产生电场,从而排斥表面上带负电的电子,同时吸引带正电的离子,由该加速度引起的电子的快速运动允许中性粒子由于与快速电子的碰撞而形成,结果,等离子体将最终开始发光,离子在表面上的加速可用于例如在硅晶片上蚀刻通道。

朱利安·舒尔茨(Julian Schulze)对工业中使用的惯用流程不满意。 “在该过程中,许多电子获得了一部分供应的能量。然而,这不足以使它们中的每一个有效地分解其他分子,从而产生高反应性的颗粒密度。这意味着不能有效控制界面上离子的能量分布。”他解释说。

“我们不想像使用喷壶那样在电子和离子上喷射能量,而是有针对性地添加能量。这样,较少的电子会获得更多的能量,并且可以在界面上微调离子的能量。这样,等离子体的工作效率更高。”

什么是等离子体?

等离子体是物质的一种状态,通常被认为是气体的一个子集,但两种状态的行为却大不相同,像气体一样,等离子体也没有固定的形状或体积,并且密度不如固体或液体。但是,与普通气体不同,等离子体是由原子组成的,原子中的一些或全部电子已被剥离掉,带正电的原子核(称为离子)自由漫游。

布法罗大学物理学教授胡学东说:“一种气体是由中性分子和原子组成的。即,带负电的电子的数量等于带正电的质子的数量。”

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胡对生命科学说:“等离子体是一种带电气体,具有很强的库仑(或静电)相互作用。原子或分子在获得或失去电子时可以获得正或负电荷,该过程称为电离。等离子体组成太阳和恒星,它是整个宇宙中最常见的物质状态。

带电粒子

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典型的气体(例如氮气或硫化氢)由分子组成,这些分子的净电荷为零,从而使整个气体体积的净电荷为零。由带电粒子构成的等离子体在其整个体积上的净电荷可能为零,但在单个粒子的水平上可能没有。这意味着等离子体中的粒子之间的静电力以及磁场的影响都变得很大。

等离子体由带电粒子制成,可以做气体不能做的事情,例如导电。而且由于移动电荷会产生磁场,因此等离子体也可以具有磁场。

在普通气体中,所有粒子的行为都大致相同。因此,如果您将气体装在容器中并让其冷却至室温,则内部的所有分子平均将以相同的速度移动,如果要测量许多单个粒子的速度,您将获得分布曲线,其中许多移动到平均值附近,只有少数特别缓慢或快速。这是因为在气体中,这些分子像台球一样,会相互撞击并在它们之间传递能量。

在等离子体中,尤其是在电场或磁场中,不会发生这种情况。例如,磁场可以产生非常快的粒子。大多数等离子体的密度不足以使粒子彼此频繁碰撞,因此,电磁相互作用变得更为重要。

说到静电相互作用,因为等离子体中的粒子(电子和离子)可以通过电和磁相互作用,所以它们的作用距离比普通气体大得多。反过来,这意味着在讨论等离子体中发生的事情时,波变得更加重要。这样的一波称为Alfvén波,以瑞典物理学家和诺贝尔奖获得者HannesAlfvén命名。当等离子体中的磁场受到干扰时,会产生Alfvén波,从而产生沿磁力线传播的波。普通气体中没有真正的类似物。Alfvén波很可能是导致日冕的温度(也是等离子)达到数百万度,而在表面上只有数千度的原因。

等离子体的另一个特征是它们可以通过磁场保持在适当的位置。大多数聚变能研究都专注于这样做。为了创造融合的条件,人们需要非常热的等离子体-数百万度。由于没有任何材料可以容纳它,因此科学家和工程师已经转向磁场来完成这项工作。

等离子的应用

您可以看到运行中的等离子体的一个地方是荧光灯泡或霓虹灯。在那些情况下,气体(符号氖)要承受高压,并且电子要么与气体原子分离,要么被推入更高的能级。灯泡内部的气体变为导电等离子体。下降回其先前能级的受激电子发出光子-我们在霓虹灯或荧光灯中看到的光。

等离子电视的工作方式相同。将气体(通常是氩气,氖气或氙气)注入两块玻璃面板之间的密封间隙中。电流通过气体,使其发光。据eBay称,等离子体激发红色,绿色和蓝色磷光体,这些磷光体结合在一起会发出特定的颜色。

等离子地球仪的另一种用途是在等离子地球仪中,其中充满了稀有气体混合物,当电流使气体离子化时,它们会在其中产生“闪电”的颜色。

等离子体的另一个例子是极光,当太阳特别活跃时,极光围绕着两极。太阳风是带电粒子流(主要是质子),它们撞击地球的磁场。那些带电的粒子沿着磁场线移动并向两极移动,在那儿它们与空气中的原子碰撞并激发出原子,这些原子主要是氧气和氮气,像霓虹灯一样,被激发的氧和氮原子发出光。

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