مقدمه ای بر مدل سازی پلاسما با EEDF های غیر ماکسولی

مدل‌سازی پلاسما معمولاً نیازمند دانستن تابع توزیع انرژی الکترون (EEDF) و همچنین خواص انتقال مانند تحرک و انتشار الکترون است. برای محاسبه دقیق این کمیت ها با معادله بولتزمن، باید چگالی الکترون (و احتمالاً چگالی همه گونه های تحت واکنش های برخورد الکترون) را نیز بدانیم. با این حال، الکترون (و چگالی گونه ها) خروجی های یک مدل پلاسما هستند که منجر به catch-22 می شود. بیایید نگاهی به نحوه غلبه بر این چالش با استفاده از یک برنامه مثال بیندازیم.

تخلیه سد دی الکتریک (DBD)

تاریخ

Theodose du Moncel اولین کسی بود که در سال 1855 کشف کرد که تخلیه می تواند در شکافی که دو صفحه رسانا پوشیده شده توسط دو صفحه شیشه ای را از هم جدا می کند، ایجاد شود. برای هدایت تخلیه، او از یک سیم پیچ Ruhmkorff استفاده کرد، که یک سیم پیچ القایی است که امکان تولید ولتاژهای AC بالا از یک منبع DC ولتاژ پایین را فراهم می کند. این کار، 2 سال بعد، توسط ورنر فون زیمنس دنبال شد که در مورد کاربرد تخلیه مانع دی الکتریک (DBD) برای تولید ازن گزارش داد [2]. طرح زیمنس هندسه ای استوانه ای با ورق های قلع به عنوان الکترود و شیشه به عنوان دی الکتریک داشت. در دهه 1930، فون انگل تلاش کرد، نه چندان موفق، با کنترل دمای کاتد، یک پلاسمای غیرتعادل فشار اتمسفر بدون استفاده از مانع دی الکتریک تولید کند [3]. سرانجام، در اواخر دهه 1980 و اوایل دهه 1990، گزارش هایی در مورد تولید پلاسمای فشار جوی غیر تعادلی و منتشر با استفاده از DBD منتشر شد [4، 5، 6]. هندسه الکترود مسطح و ولتاژهای سینوسی در کیلوولت در فرکانس‌های محدوده کیلوهرتز استفاده شد. عملکرد DBD بعداً با استفاده از پالس‌های ولتاژ زمان افزایش سریع مکرر با عرض پالس در محدوده نانوثانیه-میکرو ثانیه بهبود یافت [7، 8، 9]. با استفاده از پالس های کوتاه تکراری، انرژی اعمال شده ترجیحاً با جمعیت الکترون جفت می شود و بنابراین، کنترل بهتر تابع توزیع انرژی الکترون (EEDF) برقرار می شود [8، 9، 10]. DBD ها به طور گسترده در کاربردهای پردازش سطحی و اخیراً، از اواسط دهه 1990، در کاربردهای زیست پزشکی، به عنوان مثال، پزشکی پلاسما استفاده شده است.

تخلیه سد دی الکتریک (DBD)

تخلیه سد دی الکتریک (DBD)

تخلیه سد دی الکتریک برای تولید پلاسمای منتشر فشار جوی غیرتعادلی با حجم زیاد ایده آل است. تحقیقات گسترده برای درک و بهبود عملکرد آنها امکان پذیر بود [10–23]. DBD ها از یک ماده دی الکتریک مانند شیشه یا آلومینا برای پوشاندن حداقل یکی از الکترودها استفاده می کنند. الکترودها توسط ولتاژهای متناوب AC در دامنه کیلوولت و با فرکانس در کیلو هرتز هدایت می شوند. پلاسمای تولید شده توسط DBD ها برای تولید ازن ، برای اصلاح سطح مواد ، به عنوان محرک های کنترل جریان و غیره مورد استفاده قرار گرفته است.