常压射频反应等离子体抛光机理研究

利用常压射频反应等离子体中的高密度高活性粒子与工件材料表面的原子发生物理、化学作用，可以实现高效的、原子级的材料去除，从而有效地解决超光滑表面加工中存在的效率极低、容易产生表层及亚表层损伤、表面清洗困难等问题，是目前国际上超光滑加工领域的一个研究热点。本课题在对多场多参数耦合作用下的常压反应等离子体的特性进行研究的基础上，采用分子动力学仿真等手段，着重研究常压等离子体中活性粒子与工件表面的气-固相物理、化学作用过程，揭示等离子体抛光的材料高效去除机理和超光滑表面形成机理。同时，采用AFM、XPS、XRD等手段，探讨了常压等离子体抛光表面的微观缺陷的形成机制，并以此为依据，实现了面向工艺过程优化的多参数解耦控制。本项目研究的突破，将是我国在超光滑表面的加工领域的重要方法创新，将为我国在尖端光学、微电子等领域的应用提供重要技术支撑，有很高的社会和经济效益。

常温常压合成氨一直是倍受关注的研究领域。电化学合成氨不受热力学限制，可拓展合成氨反应研究的范围，同时电化学合成氨吸附活化、供电子活化和质子化过程可协同进行，并可通过控制电极电势、质子传输速率等方法方便地控制和测量。采用电化学方法研究常温常压下氨合成的动力学和机理具有独特的优势。电化学合成氨研究具有重要理论意义和潜在的应用价值。 2100433B

激光等离子体点火技术具有点火位置和时序精确可控、电磁兼容性好、工况适应性好等优点，在内燃机、天然气发动机、燃气轮机等动力系统上具有广泛的应用前景。项目针对激光等离子体点火参数和机理不明确的研究现状，开展了激光等离子体点火机理研究，获得了如下创新性研究成果。 1）建立了甲烷/氧气混合燃气激光等离子体点火化学反应动力学模型，研究了热效应和燃烧化学反应效应在点火过程中的作用，明确了影响成功点火的关键因素是初始火核中激光等离子体产生早期形成的活性基团的浓度，提出了“热效应-燃烧化学反应”点火新机理，完善了现有的“间接点火”模型。 2）系统获得了甲烷/氧气混合燃气激光诱导等离子体的电子温度、电子密度、时空演化、活性粒子分布、振转温度等特性，为分析激光等离子体点火机理奠定了基础。 3）系统开展了甲烷/氧气预混和扩散燃气系统激光等离子体点火实验研究，建立了最小点火能量、点火延时等参数的研究方法，获得了相关参数的边界条件，为激光等离子体点火的应用奠定了基础。 4）提出了激光烧蚀等离子体点火技术，使成功点火的激光脉冲能量降低一个数量级，有利于激光等离子体点火系统的小型化，促进了激光等离子体点火技术的工程应用。 5）在国内最先开展了液氧/甲烷等低温燃料的激光等离子体点火研究，突破了低温推进剂燃料可靠重复点火的技术瓶颈，在姿轨控发动机燃烧模拟器上成功实现了液氧/甲烷的激光等离子体点火，填补了国内空白。 6）克服了超燃冲压发动机燃烧室中湍流耦合、激波干扰等恶劣条件，在国际上首次实现了Ma2.52超声速气流条件下航空煤油的直接激光点火和稳定燃烧，为超燃冲压发动机的可靠重复点火奠定了基础。 本项目的研究成果对于加深激光等离子体点火机理的研究、促进激光等离子体点火的工程应用具有重要的理论意义和应用价值，为火箭发动机、超燃冲压发动机等先进动力系统的可靠重复点火提供了重要的技术支撑。 2100433B