《微納、超材料的電漿形成機理及關鍵技術基礎研究》是依託蘇州大學，由吳雪梅擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：微納、超材料的電漿形成機理及關鍵技術基礎研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：吳雪梅
- 依託單位：蘇州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在進一步理解物理內涵的基礎上，以創新理論和技術為基礎，針對電漿微納、超材料合成中的關鍵問題，圍繞電漿的產生及控制和材料的電漿形成及調製兩大主線，依託現有新型電漿技術，設計並發展新型陣列微電漿技術，依託現有診斷技術，發展新型MIB診斷技術；以實驗研究為主，實驗和模擬相結合，開展電漿放電產生與測量、控制與發展的基本物理化學過程研究；通過診斷分析和鞘層特性（包括磁場對鞘層的影響）研究，探索電漿活性基元對微納結構成核與生長及對材料結構、成分與物理性能的影響，揭示電漿與材料相互作用中能量和質量沉積的微觀過程和機理。通過新型陣列微電漿放電的實現，確定外部參數與該電漿放電的關聯，探討電漿超材料的形成規律；通過電磁波頻率、功率、入射角等參數對不同電漿超材料結構和性質的影響，開展電漿超材料的電磁波回響特性研究，實現可調電漿超材料周期性結構和性質的調控。
結題摘要
針對電漿微納、超材料合成中的關鍵問題，圍繞電漿的產生及控制，微納、超材料的電漿形成及調製兩大主線，在現有裝備基礎上，設計並搭建了兩台線性螺旋波電漿（HWP）裝置，通過天線設計及參數調節形成高參數HWP（密度~1019 m-3，粒子流~1023 m-2 s-1 ，離子束流3.5馬赫數）。開展HWP射頻匹配特性研究，發展新型探針診斷技術。製備多種微納薄膜，探索電漿活性基元對微納結構成核、生長機理及對材料結構、成分和物理性能的影響。研究表明 13.56MHz磁控濺射製備的TiO2薄膜表面呈顆粒狀、均勻而緻密；而60MHz磁控濺射的沉積速率很低，適合用於作摻雜功率源。採用RF/HF和RF/LF雙頻電漿分別濺射HfO2靶材和Er2O3靶材製備了複合HfErO薄膜，通過HF和LF功率調製Er元素的摻雜量，調製樣品結構和性質。通過改變HWP電漿放電參數，首次實現同一設備高速製備高質量DLC、N-DLC、SiC、垂直石墨烯（VG）以及多壁碳納米管等薄膜。開展電漿與材料相互作用研究，表明，氬HWP對鎢樣品中氮的平均清除效率為1.1×1024 N2m-2h-1，大於傳統電漿壁清洗方法（ICRF）。利用穩態的高通量氮HWP，在低溫短時間內（5min）一步合成SiON薄膜，材料表征和電漿診斷研究表明，樣品中N含量與N離子的密度和通量有關，而薄膜厚度與氣體溫度有關，材料表面的形貌與薄膜的厚度及離子能量有關。採用雙頻ICP/CCP組合放電,利用C4F8熱解SiC實現Si-C鍵斷裂，蒸發矽原子，重組碳原子從而獲得石墨烯薄膜。通過微電漿陣列調製，研究超材料的電漿形成機理和性質，探索電磁波與微電漿相互作用，研究二維點缺陷電漿光子晶體缺陷模的特性，顯示其具有良好的可調諧性，實驗驗證了電漿在調控諧振頻率的良好能力。為電漿技術發展和微納、超材料製備提供借鑑。相關HWP電漿源成功套用於EAST清洗，並得到HWP電漿源研製的委託研發的資助；發展新型診斷技術，獲得認可並獲得“近地空間分系統探針系統”的委託研製；通過電漿對矽片和成品電池進行表面處理，有望實現經濟效益。
