微波炉转换为等离子体反应器:审查

文摘

本文综述国内微波炉的使用等离子体反应器的应用程序从表面清洗热解和化学合成。本文追溯了从最初的报道在1980年代发展到今天的烤箱中使用转换原理制造的碳纳米结构和批处理清洁离子植入陶瓷。信息来源包括美国和韩国专利局,同行评审的论文,和web引用。结果表明,微波炉等离子体可以诱导快速多相反应(固体,气体和液体变成气体/固体)加上plasma-induced固态反应慢得多氮化金属(金属氧化物)。综述的一个特殊焦点问题是被动和主动的特性线天线电极,用水和热/化学浆催化剂在大气等离子体的产生。除了微波炉等离子体的发展,进一步方面评估方法的发展为校准等离子反应堆对微波泄漏、量热法、表面温度、DUV-UV内容和等离子体离子密度。

1。介绍

自1990年代以来,国内微波炉桌面已经转化为等离子体反应器,用于各种生产应用程序。这些反应堆的共同特征是,它们包含了多模谐振腔(MRC)这是照亮通过一个腔的侧壁,使用矩形横电(TE₁₀)波导的室内波导宽高比2:1,包装腔磁控管工作在2.45 GHz范围。不再使用这个配置,阻抗匹配装置用于磁控管和MRC之间。

因为这些类型的微波炉等离子反应堆利用介电加热和等离子体化学,值得注意的是,有机材料的介电加热历史悠久,建立了从医学治疗用途(短波透热)在1900年代1)和示威的食物烹饪在1933年芝加哥世界博览会(2)第一个微波烹饪的食品,在1945年被提出专利申请(3),其次是第一个商用微波炊具由雷神公司制造和销售在1947年和1967年玛拿顶[2,4]。这些烤箱是有限的商业上的成功归因于他们的笨重和成本,但商业上的成功后,具有成本效益的,包装腔磁控管变得可用(5,6]。尽管微波加热和化学反应是在1980年代初,报告没有大规模生产烤箱做直到快速合成有机化合物的微波炉进行1986年(7,8]。最近(2017年),carbothermic减少氧化锌和锌铁氧体也被报道(9]。一旦第一个微波炉转化为等离子体反应器是在1978年报道的(10),plasma-induced合成无机化合物成为可用的11- - - - - -13),紧随其后的是等离子体改性聚合物表面的14]。兴趣微波炉进行等离子体处理的转换也被报道为等离子热解文献[15,16)和液体等离子体分解产生氢气和碳电影(17- - - - - -21]。最近,初步研究船用柴油机废气治理中的转换微波炉已报告(22];然而,小燃气管道,或反应堆转换,细节。

成功的包装腔磁控管和矩形TE₁₀波导中发现国内烤箱已经导致他们重用标准更先进的微波等离子体系统用于微波化学类金刚石薄膜的沉积(23在半导体工业中,24)和微波等离子体系统中设计的离解氢从水25]。等离子体反应器基于微波炉也建立了等离子体清洗被污染的离子植入陶瓷(26,27)和用于等离子体去除photoresistant物质(28]。2009年,美国专利。2009/0012223 A1描述一个圆柱形谐振腔由磁控管产生大气等离子体为快餐行业也发表(29日]。

在同行评议的期刊,微波炉实验已报告在学校范围从使用等离子体球探索鸡蛋和汤雕塑的创作30.]。Semiamateur微波炉的主题研究等离子反应堆也被写。一个特定Hideaki页面文章的夏季/秋季出版的《钟形罩过程中遇到的实际问题提供了一个有用的讨论将国内微波炉转化为等离子体反应器在负压操作(31日]。遇到的两个问题如下:(1)找到一个合适的位置切成薄金属板(通常,0.75 - 1毫米)的墙壁MRC不会造成弯曲的金属扣和(2)实现足够的真空等离子体的果酱瓶或倒碗罢工。视频帖子https://www.youtube.com/还提供了图形信息在国内微波炉等离子清洗实验(32]。大多数其他的帖子表明你不会想做他们自己在家里。实际上,斯坦利(33]也例证了多的YouTube的帖子“古怪和彻头彻尾的危险。“出于完整性的考虑,给出5个这样的帖子在这里(34- - - - - -38]。

本文的目的是审查微波炉等离子反应堆的技术,等离子体化学工程,过程测量使用。在这里的工作回顾,等离子体过程已报告引用不同的压力值和压力单位;因此,为了缓解之间的比较过程,原始压力值随着等效SI单位的压力(Pascal)。本综述论文构造如下:部分2介绍了用于微波炉的技术转换。部分3看着一个专用微波等离子体反应器基于微波炉。部分4描述了用于校准的测量微波MRC的微波泄漏,量热、表面温度、近场E -探测器和等离子体离子密度测量。部分5提供了一个看空腔磁控管控制驱动电路,最后,部分6本文提供了一个结论。

2。微波炉的转换

2.1。转换后的微波炉等离子反应堆

介绍,列出10声称Ribner很有用的1989专利(10烤箱)与转换过程(图1(一))。总之,索赔如下:(1)定位中的一个真空室与化身MRC承认通过腔气体进入真空室和真空室和提取气体副产品;(2)关于权利要求1,调节气体的一种手段在真空室中生成均匀等离子体;(3)移动天线的方法生成时间平均均匀等离子体;(4)旋转天线的方法生成时间平均均匀等离子体;(5)的一种手段减少微波泄漏周围每个引线;(6)的一种手段水冷基质内的真空室在等离子体蚀刻不热等离子体蚀刻过程中底物;(7)关于索赔6,水管传热与真空室的关系与微波泄漏预防的一种手段;(8)控制微波功率的一种手段;(9)关于索赔8、电位器串联与主转移的磁控管变压器控制烤箱的最大功率; (10) relating to claim 9, when plasma etching of organics from substrate; and finally, (11) relating to claim 10, the use of water cooling of the substrate.

图1

前视图转换微波炉的示意图。每个烤箱是扩展到美国4804431专利烤箱,清晰,烤箱外的辅助气体线和真空系统不显示。(一)4804年美国专利,431。(b)可替换的反应容器。用钢丝(c)干燥器。(d)三端口电极反应瓶安装门+钢天线。(e)同轴管狭窄反应。(f)波导反应堆。

除了Ribner的专利,一些研究[11- - - - - -22)表明,微波炉等离子体反应器可用于多种流程和在许多水平的烤箱重建。以下部分描述所需的改变传统的国内微波炉,从最小的到专业。

2.1.1。使用可替换的反应容器

一个例子是阶段的快速合成纯K₃C₆₀(11)和碱金属fullerides [12在可替换的反应容器。只有微小的变化,传统的烤箱需要提供支持的条款等定位的反应容器节点或微波场的波腹,也不需要旋转表或移动(或旋转)天线作为等离子体过程的目标是把微波能量在示例(图1 (b))。在这种情况下,样本准备在一个充氩耐热玻璃容器,然后定位使用防火砖在节点或微波场的波腹。等离子体过程时间然而有限由于固定数量的残余气体的反应容器。

2.1.2。可更换干燥器的使用

Ginn和小羚羊14]报道保利(dimethylsiloxane)表面的氧等离子体清洗更换干燥器内,结合钢焊条促进等离子体点火(图1 (c))。样品准备以外的微波炉,然后放置在干燥器与氧清除2分钟然后撤离大约10的压力⁻³托(0.133帕斯卡)。当放置在烤箱和微波功率(1100 W),钢丝电极产生火花来初始化氧等离子体。在这里,等离子体过程时间是有限的,但发现钢焊条的使用促进反应结束。进一步讨论了电极丝的征服2.1.7。

2.1.3。抽到墙

在2010年,辛格和贾维斯报告的生成碳纳米结构在不断注入3端子反应烧瓶(由硼硅玻璃和1000毫升卷),微波炉(内举行17]。支持船舶和方便,烤箱的门被替换为一个相同大小的铝板,有三个孔,每个瓶一个端口。支持的瓶,瓶外撤离的使用一个端口,而另两个端口用于载气和选定的碳氢化合物的前体气体(乙醇、二甲苯、甲苯)。提高反应,2毫米直径天线电极由尼洛K®(镍29%,铁53%,和17%)是安装在一个不锈钢基地反应瓶内(图1 (d))。没有真空压力或微波功率的报道,必须假定瓶真空计,和微波功率最大(1000 W)。然而,使用这种方法,不需要其他修改烤箱。这种方法的两个变量保持门访问中发现的工作页面(31日)通过空腔的底部钻和Tallaire钻通过腔的一侧。在后一种情况下,Tallaire YouTube的发布提供了一个示例显微镜的等离子体清洗玻璃侧(32]。

2.1.4。同轴狭窄管反应器

Khongkrapan等人报道的热解转化微波炉纸生产气体废物副产品在800 W (15,16]。在反应堆,这个过程发生在一个圆柱形石英管(内部/外部直径27/30毫米和250毫米的长度),通过MRC通过垂直同轴相连。空气或氩作为前体气体在一个名义上的大气压力(101.3 k·Pa)与气体流动MRC的从下到上。粉碎后的纸(5克)悬浮在中心管(图1 (e))。在[16],Khongkrapan等人状态,点火器被放置在管产生等离子体,但没有直接的细节。在进一步阅读的参考列表(在他们的论文中参考17),一个简单的动画显示点火器内定位管再次给出没有文本的解释。用水的主题的形式讨论了金属天线部分2.1.7。

2.1.5节讨论。内部波导

2004年,布鲁克斯和杜思韦特内部波导安装在一个800 W plasma-induced国内微波炉加工的金属氧化物(Ga₂O3, TiO₂V₂O₅)二元金属氮化物形成氨(NH)₃)等离子体13]。在这个设计中,后方的一个槽切MRC允许一个20毫米的内部直径u型管包含固态样品在一个铝船在微波场中的位置(图1 (f))。MRC之外,u型管的一端安装真空泵,另一端安装在载体和过程气体。为了防止微波泄漏后方的烤箱,广泛的垫片和法拉第屏蔽被安排。然后安装到一个内部波导MRC虹膜这样专注的微波能量附近的样本。此外,为了防止反射功率损害了波导腔磁控管和经济过热,水冷式假负载是安装在波导输出孔。这些广泛的烤箱转换,等离子体区域可能被认为是操作而不是多模相干模式。通常情况下,等离子体参数用于将金属氧化物氮化物是北半球₃气体流速的113厘米³·敏⁻¹20、压力mbar(2000帕斯卡),和微波功率900 W的等离子体2.5到6个小时的曝光时间。

2.1.6。液相等离子体血管

微波在液体等离子体分解的n -十二烷(分子式:C₁₂H₂₆(我)同时产生氢气和碳氢化合物硬质合金液体已经通过使用微波炉的报道微波功率转换500 - 750 W (18- - - - - -20.]。这些反应堆如图的典型代表2。执行的反应是在一个封闭的体积Pyrex包含500毫升的反应容器n十二烷液体与一个或多个电极,电极(s)可以是single-tip钢丝电极或铜电极u型dual-tip天线。此外,两个硅/聚四氟乙烯管腔的顶部插入:一管用于发送携带气体(氩气)作为前体气体和第二管是用于收集了氩和副产品气体工作压力接近大气压力。

要理解这些电极的目的,这两种类型的电极的反应效率检查的函数几何和电极的数量在电磁设计和异构反应动力学。

首先,考虑single-tip电极(18- - - - - -20.]。这些金属电极尺寸的长度l= 21毫米,直径1.5毫米,它们垂直固定在一个数组(图3(一个))或多个数组(图3 (b))与1电极的中心和6电极间距,差距的分离λ_米/ 4,λ_米是微波辐射的波长通过媒介。波长计算给出以下方程:

(一)

(b)

(c)

近似表达式(1)作为自由的操作频率运行腔磁控管频率拉通过改变SWR矩形TE的条件₁₀波导的磁控管安装。所有其他符号有正常的意义:光的速度(2.99792×10⁸m·s⁻¹),是磁控管的工作频率(2.45 GHz),然后呢是通过介质的辐射。因此,对于液体n十二烷(2)= 1.78,接近8.85厘米λ_米/ 4接近2.2厘米。

基于工作(18- - - - - -20.和Pongsopon等的工作。21),一般认为电极有三个定义良好的角色:把等离子体的直接邻近电极(s),功能作为等离子体催化源异构反应,制造碳纳米材料的情况下,提供一个衬底的碳材料可以生长。在第一个角色,增加电极的数量从1到6显示,等离子体分解的效率n十二烷增加,但在6 - 7电极之外,反应效率变得的态势。这可能是由于电磁功率损耗的共振结构的电极(20.)或简单地添加超过7电极周围及其相关反应区(圆柱体积大约每个电极;图3 (c))在一个固定的封闭体积仅仅产生一个负载效应在多相反应(39]。也就是说,合并后的电极反应区比例趋于固定总额,新鲜的反应物的量流向电极反应区就减少。因此,大众运输的每个电极反应区,而不是等离子体分解,可能会成为病原反应步骤。澄清这些观察,进一步的研究是必要的。

dual-tipped空中电极、丰田等。20.)表明,电极具有不同的最优长度的u型天线l∼2λ_米3λ_米/ 2,λ_米,λ_米/ 2。他们还表明,使用近似的标志(1通过实验确定)是合理的λ/ 2 FHHW u型dual-tip空中电极的长度为4.4到4.7厘米n十二烷。

2.1.7。点火器

施工和使用线天线的描述对等离子体点火电极是现在作为一个援助大纲的建设等离子点火器(16)和图(40)(图4)。假设图(40]可能扩大,等离子点火器可以构建在两个方面:首先,点火器可以构建使用两线电极相互对立,弯曲45°,这样他们的技巧与气体流,并使用绝缘环形成的固定位置。第二和更实际的安排是点火器的从一个直径30毫米×0.5毫米厚钢钢片,和多数电极穿孔从中央部分的45°角阀瓣和弯曲。第二个选项的目的,建设4-electrode点火器使用27/30毫米为内部/外部玻璃管直径(16管(图)作为一个参考1 (e))。点火器的制造阶段的示意图如图4,结果表明,第一阶段是穿孔点火器的形式,第二阶段是弯曲电极,第三阶段是使玻璃管的点火器。使用这种方法的建设,预成型的唇可以self-align使4天线适合等离子点火电极标准节中描述2.1.5。

2.1.8。生产等离子粒团(火球)

生产等离子粒团,有时称为火球或球状闪电,在国内微波炉已经在YouTube上发布的帖子34- - - - - -38]。也许,最简单的方法产生一个火球没有修改微波炉是将部分切葡萄(也有其两部分通过一块薄的皮肤)连接的微波炉,然后打开微波功率3 - 10秒钟。YouTube上传(34]表明arc-like生成等离子粒团在薄皮桥连接两个葡萄半,持续的放电发射直到电源关闭或葡萄已经枯萎了。这个动作可以被理解为两个刚割下的葡萄半有一个特征维度的1.5 - 2厘米,部分充满了导电电解液,创造一个有机的结合进行偶极天线与金属天线部分中讨论2.1.5和2.1.6。鉴于这种理解,它是合理的假设作为自由电子被来回穿过狭窄的葡萄皮薄桥,由于电阻和生成热烧伤皮肤。此外,电子的运动通过葡萄电解质温度诱导迅速增加,导致电解液蒸发的电子和离子,从而形成局部等离子粒团。等离子粒团继续持续只要自由电子可以从葡萄电解液的减少体积。

远离有机源生成等离子粒团,点燃的安全火柴,支持葡萄酒软木塞,覆盖着一个玻璃罐中,并放置在MRC的中心,也可以使用(35]。打开微波功率后,生成等离子体放电增加罐的顶部,从而形成了一个活跃的等离子粒团。沃伦(36使用类似的方法,但这一次使用玻璃罐由三个葡萄酒软木塞和一根点燃的香烟放在提供的软木塞的差距。在这个工作和前面的例子,当热来源extingusihed等离子粒团维护。只有当微波功率是反感等离子粒团成为熄灭。等离子粒团内也可以生成电动灯泡和荧光管所示(37]:这个例子似乎也在近场的基础E探针(部分4.4)。

一种更危险的方法,以生成等离子粒团是在38),腔磁控管连接到一个锡罐用于午餐微波食品国内灯泡生产灯泡内的等离子粒团。从这个实验,看来电灯丝充当启动电极。

完成本节之前,值得注意的是,快餐行业的圆柱形等离子反应堆生产的(29日)采用专利被动等离子体催化剂的形式一个电极点燃大气等离子体(41),被动的等离子体催化剂可以包括任何对象能够当地电场诱导等离子体的变形。另一方面,专利,一个活跃的等离子体催化剂产生粒子或高能波包的能力足够的能量转移到一个气态原子(或分子)删除至少一个电子从气态原子(或分子)电磁辐射的存在。鉴于这两个定义,它是合理的假设安全火柴火焰(35],香烟[36和葡萄34)可以划分为一个活跃的等离子体催化剂和金属电极作为一个被动的等离子体催化剂。

2.1.9。等离子粒团食品烹饪

韩国专利(42,43)和会议论文(44]在TE报告调优的一种形式₁₀波导,超出了本文的范围,但是他们列出原因有三:首先,等离子粒团现象扩展国内微波炉的炉灶从介电加热的食品提供表面褐变和传授的质地和味道,类似于传统flame-cooking过程。其次,丘比et al。44)指出,等离子粒团产生这样要求电极导线天线点燃等离子粒团,因此可能含有纳米粒子,这可能是有害的食品质量,甚至使它不能食用。第三,额外使用等离子体放电产生臭氧和离子的去除odor-producing材料从烹饪室45]确实提供了一种可能的技术路线前进的未来发展国内微波炉。

3所示。专用微波炉等离子反应堆

本节描述的方法用于专用微波炉等离子反应堆的建设。在这方面尤其重要的是等离子反应堆的MRC系列,建于1990年代中期在剑桥流体系统有限公司(英国英格兰)。这些等离子反应堆背后的设计理念是构建一个简单的可靠和具有成本效益的桌面等离子体反应器,可以卖给研究实验室和少量生产单位。他们的主要用途是表面工程增强在微电子、半导体行业和一级方程式赛车的制造车架。

等离子体反应器的设计类似于微波炉,TE内腔磁控管天线的位置₁₀波导用于照亮湄公河委员会通过一个单一的虹膜。截止频率TE的₁₀波导计算使用以下方程: 在哪里c光和的速度吗和内部尺寸(宽度和高度)波导;在这种情况下,使用80和38毫米,分别,这等同于1.875 GHz的截止频率。

腔的磁控管天线定位26毫米的波导,磁控管的频率和带宽允许自由奔跑。因此,非相干反射功率通过虹膜旅行回来的磁控管从而改变SWR TE中相干波₁₀波导,导致不同的磁控管的输出功率。

MRC反应堆设计不同于国内微波炉等离子体反应器在以下方面(cf。图1与图5):(我)底盘、MRC和波导构造成一个焊接组件使用1.4毫米厚软钢板。之前的三个组件都是焊接在一起的,他们有所有必要的洞穿孔和扣螺母固定。一旦焊接,结构是镀镍生产一个健壮的金属结构有足够的刚度以支持所有的附加组件(前后不锈钢法兰,天然气管道,直流电源压力表,等等)。使用这种施工方法,MRC理论最大卸载问因素(在TE模式依赖于腔储存能量的比率(),腔壁的能量损失(): 在哪里电子皮肤深度,每周期和空心墙吗是空心墙区。

(一)

(b)

对于这个反应堆,主腔有一个约20000 2.45 GHz的共振频率。(2)圆柱形派热克斯玻璃室(直径190毫米,300毫米长度5毫米壁厚:生产一卷3升)坐落在多模腔内的纵轴垂直于微波虹膜和前后的室安置在金属法兰,形成了多模腔壁的一部分。后法兰焊接包含真空和压力计端口,和前面的法兰包含检修门。这个设计最大化室体积和删除所有脆弱的玻璃配件,塑胶管连接器和引线微波漏垫圈。(3)天然气管道安装在底盘和MRC的一边,从而使这个过程气体通过多个等距的径向端口被注入在前面法兰从而减少的可能性前体气体预电离室入口之前,最大化均匀气流室纵轴和等离子体均匀性过程。

3.1。等离子体清洗离子植入陶瓷绝缘体

离子注入是一种高容量的关键过程(每小时220晶片)硅半导体制造设备。然而,这些离子植入机器成本1.8美元到3美元。这些机器也高度集中维护系统具有高资本成本;因此,可用性和拥有成本是主要的因素要考虑。在定期维护的许多部分改变,离子源变化是陶瓷绝缘体。在本节中,离子植入陶瓷等离子清洗的概述:描述过程的完整细节,请参阅[26,27]。MRC的等离子体清洗过程已经完成一系列等离子反应堆使用气体混合物的5 - 10%₂CF, 50%的氩气流的掺合料。氩混合用于稳定调节微波等离子体的电子能量分布,并提供统一的兴奋的物种在整个等离子体体积。在陶瓷的表面等离子体蚀刻化学可能被认为由以下代表进行异构反应: 的加入进行碳的通过咖啡的形成_x物种提高稳态浓度等离子体vo1ume原子。的元素在反应(4)代表该组织(P,和某人)V元素在陶瓷表面,和是腐蚀产品。给予足够的微波功率,因此这些产品的腐蚀率由生产控制原子(平衡),产品波动,陶瓷微观表面面积。

mrc - 100反应堆,典型的等离子体工艺参数获得了104 W和10 mbar的腐蚀时间45分钟,陶瓷的表面温度达到80±5 K。的mrc - 200反应堆,工艺参数如下:200 W和10 mbar(1000帕斯卡)的腐蚀时间20到25分钟,陶瓷的表面温度达到125±5 K。

4所示。微波腔校准

本节描述一系列不同的技术用于微波炉效率的评价以及泄漏。

4.1。微波泄漏测量

欧盟指令2004/40 / EC和ICNIRP(1998)指导方针建议工业微波炉表面微波(3 - 300 GHz)辐射功率密度水平> 5 mW·厘米⁻²少和5倍国内微波炉供大众使用。应用二次法律基于平面波理论,操作员站在20厘米的距离从一个工业烤箱,操作员将收到的最大许用功率密度水平3兆瓦·厘米⁻²。对于国内烤箱环境,这相当于功率密度水平的0.3 mW·厘米⁻²。在转化炉用于等离子体的背景下,许多引线和孔径MRC需要相当大的护理中设计和施工,防止微波泄漏。

4.2。量热磁控管功率校准

磁控管电源进入MRC可以使用水open-dish负载校准方法,看到的,例如,英国标准7509:1995和IEC 1307:1994。因此,考虑到水的热容是4.184 J / (g·K),计算应用功率(P)腔内可以获得通过将一个已知质量的水(米)内腔和加热一段时间(t),确保水不沸腾。测量水温变化的知识(ΔT=最终温度-初始温度),谐振腔的微波功率进入校准对于一个给定的功率设定使用下列方程(参见[40):

然而必须被认为是一个上层校准值进行等离子体处理的介质体积将不同于水校准。(注意:当流程室体积或几何形状不允许打开菜方法被使用,可以使用可选流程的方法,概述了在(46])。

考虑到(4)、微波功率密度(W·厘米⁻³)的系统可能通过除以过程室体积计算。以下open-dish MRC 100给出了加载方法作为一个说明性的例子:MRC - 100和MRC - 200反应堆计算应用磁控管功率为104 W,相当于0.116 W·厘米的功率密度⁻³。mrc - 200反应堆热量测量产生磁控管应用功率200 W的值(0.022 W·厘米⁻³)和450 W (0.05 W·厘米⁻³)。

4.3。表面温度测量

知识材料沉浸在等离子体的表面温度是有用的在理解非均匀等离子表面相互作用。这是特别重要的,当当地介电加热热失控的潜力,因为大多数材料提高介质损耗与温度(12]。两个简单的方法估计当地的材料表面温度沉浸在微波等离子体已经被使用。表面温度低于180 K,液晶热敏(20±5 K到180±5 K)条附加到等离子体浸没表面可以使用[27]。更高的温度,盐的熔点(氯化钾= 1043 K和氯化钠= 1074 K)密封在石英毛细管已使用(13]。

4.4。近场等离子体E -探测器测量

试图达成一个等离子体点火压力限制外0.1 - 20 mbar(10 2000帕斯卡)导致存储的微波辐射“每循环”empty-cavity模式;在这些条件下,能量损失大幅空心墙可以加热MRC结构,在极端的情况下,微波辐射泄漏可以成为健康风险。此外,如果MRC装载材料(半导体晶片和低介电强度材料),这些可以电或机械损坏。因此变得必要有一个自动电力切断装置,防止微波泄漏和损坏的反应堆和加载材料。近场等离子体E -探头由法律所描述(47)就是这样的一个设备,帮助监控这些事件。在这个电路中,霓虹灯放电灯,光电二极管和参考电压如图连接6正在使用的霓虹灯,一条腿伸出到空腔作为近场E -调查。在最初的电路设计中,一条表用于记录voltage-time-series数据,但与今天的analogue-to-digital转换器和软件(如虚拟仪器)等离子体点火状态和等离子体状态可能与触发监控级别设置为一个二进制/不去控制输出(24,47]。

4.5。Bebesonde静电探针测量

对于等离子体的流程,一般认为离子通量到达和离开决定了表面等离子体的过程。然而,使用静电探针技术来确定等离子体的离子密度和温度调制驱动电源在气急败坏的绝缘材料是有问题的。这就是等离子体中包含CF₄。本节描述一个探测器技术驱动调制和宽容的气急败坏的绝缘材料。下面的测量在牛津研究小组进行,开放大学,mrc - 100反应堆。使用的探针是一种RF-biased离子通量探测器(俗称“Bebesone或BBs”)。详细的调查和测量,看到48]。

探针测量,等离子体体积作为一个整体的视觉观察和调查本身通常是必需的。MRC的反应堆,发现需要更换标准门前法兰法兰将探针端口和检查端口,由一个开放的网格。鉴于这一修改,氩等离子体内部的mrc - 100视觉展览小结构稍微亮靠近介质环边界。然而,目前没有证据表明微波结构光学发射,这表明能源正在迅速变均匀电子人口。

这些视觉基线检查后,Bebesonde被用来确定离子在低功率和高通量与氩气流不同从最大(5 l·分钟⁻¹)等离子体可以持续到最低(2 l·分钟⁻¹)。mrc - 200反应堆,氩离子密度测量2×10的范围¹¹·厘米⁻³在50岁mbar (5 k·帕斯卡)3×10¹²·厘米⁻³1 mbar(100帕斯卡),和电子温度的范围l l。5 eV的输入功率0.022 W·厘米⁻³:在低压等离子体密度越高对应于一个更长的平均自由程和增加电子权力交接。

4.6。紫外荧光微波探测器

对于许多等离子体处理,光子能量(E=hc/λ)从10电动车与优惠1 eV离散谱波长的强度。光谱特性是由气体激发和弛豫过程的本质,这两者都是敏感的地方电子温度和气体激发截面。气体成分,因此等离子体的生产方式对紫外线有重大影响生产和等离子体化学。

紫外荧光探针利用激活稀土盐:Y₂SiO₅:Ce(< 200海里)和锌吸收₂SiO₄:Mn和Y₂O₃:欧盟^{3 +}(吸收< 300海里)。这些探测器的全部细节,参见[49]。这些能量的主晶格(H)经历了电子激发通过电子空穴对分离的生产(6),其次是能量最低的失活途径荧光波长超过最初的辐射。一般而言,荧光光谱是由精确的波长的窄带取决于催化剂之间的亲密关系(Ce、Mn、和欧盟^{3 +})和主晶格和辐射光子辐射:

最简单形式的调查包括合成DUV年级熔融石英胶囊(12毫米直径×20毫米)包含三种激活10 mbar盐的名义减压。石英玻璃透光率T= 0.5在170海里。当放置在等离子体体积,调查收集4π球面度的DUV光子辐射。发射的荧光透过光学冕牌玻璃视窗(T在380海里)= 0.5。由于介质胶囊,光致发光,而不是致发光被认为是在这些探针荧光的主要机制。介质也充当一个波长鉴别器,并提供调查的工作上限是1100 K。

使用这些知识,盐锌₂SiO₄:Mn和Y₂O₃:欧盟^{3 +}(放置在自己的胶囊)集成DUV等离子体,而Y₂SiO₅:Ce当放置在等离子体中直接卷集VUV(< 200海里)等离子体,因此荧光出现的绿色,红色,和蓝色,分别。

5。磁控管烤箱控制电路

微波炉一般使用两种类型的磁控管驱动电路。微波炉的低功率输出(通常是< 500 W),输出功率是通过一个入射功率的脉冲宽度调制磁控管的烹饪时间介于0到30分钟。500 W和1100 W评级,连续应用程序使用微波功率的功率由磁控管驱动电容值:

这两个驱动电路的选择可以影响磁控管能力控制电路进行选择的等离子体的过程。这种选择以比较短和低功率需求的快速等离子体合成的有机化合物7,8)、清洁的玻璃幻灯片和聚合物14)的固态金属氧化物的高功率和处理时间长,处理(13)和等离子体清洗离子植入陶瓷绝缘体(26,27]。

5.1。腔磁控管电容控制驱动电路

在本节中,电容器的选择控制驱动电路被认为是与其安全控制电路,用于MRC-100/200等离子反应堆。电容器控制驱动电路的原理图所示7。类似的腔磁控管电容器控制驱动电路是发表在23]。Chaichumporn等人也报告进一步细化磁控管的阳极电压(3.3到6.6 kV) (40]。

变压器由两个绕组电路:第一次提供了一个绕组比生产240 V 50 - 60 Hz大约3.5 V阴极加热器在50 - 60 Hz,第二个提供了升压电压(240 V 50 - 60 Hz 2 - 3 kV在50 - 60 Hz)。高压电容器(0.6到1.5μF)和高压二极管用于偏见阴极-对阳极块,其中包含磁控管的空腔结构。使用这种安排,电容值和二极管决定了磁控管的直流功率耗散腔结构。出于安全原因,被动和主动控制组件都包含变压器两侧的设置。这些包括以下几点:变压器的电路融合双方+紧急停止按钮,底盘联锁装置,一个磁控管热敏开关(135°C),和一个间隙,冷却风扇。此外,24 V DC电路用于提供远程的被动和主动控制驱动电路(见部分5.2)。

5.2。24 V直流控制电路

在专用微波炉等离子反应堆,辅助设备(真空泵、真空阀门压力表、煤气管道,清洗线,过程计时器,和微波功率)与等离子体处理在一个安全的方式是一致的。24 V直流控制电路的作用是同步辅助组件等离子体过程和系统在紧急情况下关闭失败:这是特别重要的在使用易燃,腐蚀性,和有毒前体气体和副产品。电路设计,使所有快滑步控制是孤立于腔磁控管电容控制驱动电路使用继电器和螺线管。应该注意的是,当国内微波炉转换为等离子体反应器,同步必须从零开始。

6。结论

这项工作已经回顾了国内微波炉的谈话为源清洁以及化学反应。国内系统转化为等离子体反应器,是专用微波炉等离子反应堆的建设。校准的MRC一起讨论确定所使用的两种类型的磁控管驱动电路。专业和电枢使用也已提出,在后一种情况下,主要限于厨房实验。原理的证明和小批量过程建立在这些等离子反应堆从玻璃和聚合物表面的等离子体清洗和清除有毒金属陶瓷表面碳纳米结构和制造纸的热解产生废气的副产品。在所有情况下,电源包腔磁控管操作低于1100 W输出功率和压力从0.1几年代帕斯卡名义大气压力(101.3帕斯卡)。

在或接近大气压单个或多个电极导线天线,微波的物理长度近似1/4或1/2的长度,它是发现了沉浸在煽动等离子体生产起到催化作用,和在制造碳纳米材料提供了一种基质碳材料可以生长。对于反应速率,增加电极的数量(1 - 6)之外的反应变得的态势,提出了一种几何线天线周围的负载效应。这是否或电磁功率损耗负责效果,进一步的工作是必需的。此外,这项工作已重建的圆盘天线电极(点火器)适合狭窄管反应器(16,40)(图4)。

安全火柴火焰,点燃香烟,切葡萄,没有观察到电极和金属天线起到催化剂作用生产的等离子体,等离子粒团。区分金属天线和基于热化学催化剂,它提出了金属天线可以归类为一个被动的催化剂,因为他们只提供一个表面产生自由电子,而安全火柴火焰,点燃香烟,和切片葡萄可以归类为一个活跃的催化剂为他们供给能量以热的形式和自由电子从一个电解液。

最后,本文还强调了等离子粒团内食物烹饪MRC和等离子体放电去除食物气味的使用微波炉。鉴于食品安全问题得到解决,它是合理的想象微波炉等离子反应堆,将等离子粒团烹饪的食品和等离子体脱臭的烹饪副产品可能在不久的将来实现。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢你的支持在我造先进制造研究中心16 / RC / 3872。

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