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文檔簡介
1、附件5.學(xué)院(系、所)全英研究生課程簡介(中英文各一份)課程名稱:低溫等離子體應(yīng)用技術(shù)課程代碼:131.521課程類型:口博士專修課程V碩士專修課程考核方式:全央義考試教學(xué)方式:全英文講授適用專業(yè):高電壓技術(shù)應(yīng)用、等離子體物理適用層次:,碩士,博士開課學(xué)期:2012秋總學(xué)時:32學(xué)分:2先修課程要求:高電壓技術(shù),電路理論,大學(xué)物理課程組教師姓名職稱專業(yè)年齡學(xué)本方向劉大偉副教授等離子體32等離子體技本及應(yīng)用劉明海教授等離子體44等離子體技本及應(yīng)用課程負(fù)責(zé)教師留學(xué)經(jīng)歷及學(xué)術(shù)專長簡介:該課程負(fù)責(zé)教師劉大偉2009年畢業(yè)于英國LoughboroughUniversity,他的主要科學(xué)研究領(lǐng)域包括氣體放
2、電、低溫等離子體源、等離子體診斷、等離子體模擬計算、等離子體和脈沖功率技術(shù)在環(huán)境及生物醫(yī)學(xué)等方面的應(yīng)用等。他對容性放電產(chǎn)生等離子體的關(guān)鍵機(jī)理、脈沖射頻等離子體射流陣列及其應(yīng)用有著深入研究;在主要期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文共13篇(均為第一作者、通訊作者或?qū)嶋H完成人),而且都被SCI收錄;擔(dān)任Phys.ofPlasmas,PlasmaSourcesSci.&Technol和ThinSolidFilms.等多個英文期刊的評審人;獲得國家自然科學(xué)基金和教育部留學(xué)歸國人員啟動基金等多項研究經(jīng)費(fèi)資助。劉明海,男,教授,博士生導(dǎo)師。94年7月和97年11月在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系理學(xué)獲得碩、博士學(xué)位;
3、99年11月中國科學(xué)院等離子體物理研究所博士后流動站出站;2000年在華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院擔(dān)任科研與教學(xué)工作,2002年10月赴日本名古屋大學(xué)工學(xué)部電氣研究科進(jìn)修,04年10月回國。主要從事低溫等離子體物理的理論與實驗研究,承擔(dān)或參與了國家自然科學(xué)基金、國家安全重大基礎(chǔ)(軍口973)研究項目、國防預(yù)研項目、航空航天基金等多項研究課題。主要研究領(lǐng)域有:低溫等離子體材料表面改性技術(shù)研究,光電材料、隱身材料的等離子體制備技術(shù)研究,等離子體隱身技術(shù)的機(jī)理與實驗研究;高氣壓大面積等離子體放電技術(shù)及其參數(shù)測量研究;大面積均勻表面波等離子體的實驗與應(yīng)用研究。公開發(fā)表科學(xué)論文40余篇,其中大多數(shù)為S
4、CI收錄。中國物理學(xué)會會員,日本電氣學(xué)會會員,中國物理快報(英文)特約評審。課程教學(xué)目標(biāo):等離子體技術(shù)現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用于電子、航空航天、環(huán)境保護(hù)和生物醫(yī)療等眾多領(lǐng)域,并對我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展做出卓越貢獻(xiàn)。為了加速該領(lǐng)域高水平研究生的培養(yǎng),擬開設(shè)“氣體放電與等離子體技術(shù)”這門課,并采用英文授課。該課程將首先系統(tǒng)講述等離子體的基本理論;然后對等離子體的產(chǎn)生方法(輝光放電、電暈放電、電弧放電、高頻放電、介質(zhì)阻擋放電等)進(jìn)行全面講解;在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步講述低溫等離子體的數(shù)學(xué)計算模型及實驗測量方法,主要包括低溫等離子一維和二維仿真模型、等離子體光譜和放電瞬態(tài)過程的測量方法,并介紹國際等離子體界使用上述理論
5、和實驗研究方法系統(tǒng)在等離子體動力學(xué)、等離子體化學(xué)、容性和感性放電、等離子電學(xué)和光學(xué)特性測量等方面研究的進(jìn)展;最終,介紹等離子體在各領(lǐng)域應(yīng)用研究的最新進(jìn)展情況。通過本課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生熟練掌握等離子體的基本理論,能夠根據(jù)不同種類等離子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),選擇適當(dāng)?shù)哪P蛯Σ煌瑔栴}進(jìn)行簡化分析與仿真計算,并掌握對等離子進(jìn)行電學(xué)和光學(xué)測量的方法,了解國際等離子體界研究的最新進(jìn)展,為加快等離子應(yīng)用相關(guān)的研究進(jìn)展提供理論和實驗基礎(chǔ)。第一章介紹§ 1.1 什么是氣體放電物理§ 1.2 典型的直流放電形式§ 1.3 氣體放電分類§ 1.4 氣體放電研究的歷史背景第二章直流放電中
6、帶電粒子的遷移、能量、擴(kuò)散§ 2.1 弱電離氣體中電子的遷移§ 2.2 電離氣體的電導(dǎo)率§ 2.3 電子能量§ 2.4 電子擴(kuò)散§ 2.5 離子§ 2.6 雙極擴(kuò)散§ 2.7 電荷密度縱向不均勻等離子體中的電流§ 2.8 電子的流體力學(xué)描述第三章振蕩電場及電磁波作用下電離氣體中電子的相互作用§ 3.1 振蕩電場中電子的運(yùn)動§ 3.2 電子能量§ 3.3 連續(xù)介質(zhì)中電動力學(xué)的基本方程§ 3.4 高頻等離子體的導(dǎo)電性與介電常數(shù)§ 3.5 等離子體中電磁波的傳播§
7、; 3.6 振蕩等離子體中電磁波的全反射第四章帶電粒子的產(chǎn)生和衰減§ 4.1 直流放電中的電子碰撞電離§ 4.2 其他電離機(jī)制§ 4.3 體復(fù)合§ 4.4 負(fù)離子的形成與衰減§ 4.5 電荷擴(kuò)散損失§ 4.6 固體中電子發(fā)射§ 4.7 二次電子發(fā)射導(dǎo)致的電荷增加第五章弱電離氣體中電子的動力學(xué)方程§ 5.1 速度分布函數(shù)描述電子§ 5.2 動力學(xué)方程的建立§ 5.3 分布函數(shù)角關(guān)系的近似§ 5.4 電子能譜方程§ 5.5 能譜方程的有效條件§ 5.6 由動力學(xué)方程推出
8、的若干結(jié)論的比較§ 5.7 僅考慮彈性損失的電子靜態(tài)譜§ 5.8 氮?dú)夂涂諝獾臄?shù)值結(jié)果§ 5.9 任意強(qiáng)度的空間不均勻場第六章電子探針§ 6.1 電路介紹§ 6.2 單探針的電流電壓特性§ 6.3 稀薄等離子體電流診斷的理論基礎(chǔ)§ 6.4 測量分布函數(shù)的步驟§ 6.5 稀薄等離子體流向探針的離子電流§ 6.6 真空二級管電流和靠近帶電體的空間電荷層§ 6.7 雙探針§ 6.8 高壓等離子體探針第七章不同頻率范圍氣體的擊穿§ 7.1 擊穿的基本特性§ 7.2 適當(dāng)大P
9、d值下勻強(qiáng)場中擊穿與自持放電的激發(fā)§ 7.3 微波場的擊穿及實驗數(shù)據(jù)的解釋§ 7.4 運(yùn)用動力學(xué)方程計算電離頻率和擊穿臨界值§ 7.5 光學(xué)擊穿§ 7.6 放電區(qū)域中激發(fā)射頻場的方法§ 7.7 射頻及低頻下的擊穿第八章穩(wěn)定輝光放電§ 8.1 總體結(jié)構(gòu)及可觀察的特性§ 8.2 電極問放電的電流電壓特性§ 8.3 暗放電以及空間電荷在陰極鞘層形成中的作用§ 8.4 陰極鞘層§ 8.5 陰極鞘層與正柱區(qū)的過渡區(qū)域§ 8.6 正柱區(qū)§ 8.7 氣體加熱及其對電流電壓特性的影響
10、7; 8.8 電負(fù)氣體等離子體§ 8.9 快速氣流放電§ 8.10 鞘層第九章輝光放電不穩(wěn)定性及其影響§ 9.1 不穩(wěn)定的原因及影響§ 9.2 準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)參數(shù)§ 9.3 準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)下電場及電子溫度的擾動§ 9.4 熱不穩(wěn)定性§ 9.5 附著不穩(wěn)定性§ 9.6 其他可能導(dǎo)致不穩(wěn)定的機(jī)制§ 9.7 光條紋§ 9.8 正柱區(qū)收縮全英文教材:Y.P.Raizer,GasDischargePhysics,Corrected(Springer,1991)主要參考書:1 .M.A.Lieberman,A.J.Lich
11、tenberg,inPrinciplesofPlasmaDischargesandMaterialProcessing,2ndedn.(JohnWileyandSons,HobokenNJ,2005)2 .趙青,劉述章,童洪輝,等離子體技術(shù)及應(yīng)用,國防工業(yè)出版社,2009.2課程名稱:Plasmatechnologyanditsapplication課程代碼:131.521課程類型:口博士專修課程V碩士專修課程考核方式:ExaminationinEnglish教學(xué)方式:LectureinEnglish適用專業(yè):第卜voltage適用層次:丁Mater丁Ph.D.technique,plasm開
12、課學(xué)期:Aut.20121總學(xué)時:32學(xué)分:2先修課程要求:Physics,Highvoltagetechnique,Circuittheory,課程組教師姓名職稱專業(yè)年齡學(xué)本方向DaweiLiuAsso.Pro.Highvoltageapplication32GasdischargeanditsapplicationMinghaiLiuPro.Highvoltageapplication42Gasdischargeanditsapplication課程負(fù)責(zé)教師留學(xué)經(jīng)歷及學(xué)術(shù)專長簡介:Dr.DaweiLiureceivedtheB.Eng.fromChinaUniversityofGeosci
13、encesin2002,andanM.Sc.andPh.D.fromLoughboroughUniversity,UKin2005and2009,respectively.From2002to2004hewaswithChinaUnicomCorporation.Since2009hehasbeenanassociateprofessorattheStateKeyLaboratoryofAdvancedElectromagneticEngineeringandTechnology,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,China.Hepublishe
14、d14papersonthekeyinternationalplasmajournals,andreceivedfoundingfromNationalSciencefoundationandChineseEducationDepartment.Hisresearchinterestsincludenumericalandexperimentalstudyonlowtemperatureplasma,withspecialattentiononplasmaapplicationinbiomedicineandenvironmentprotection.Pro.MinghaiLiureceive
15、danM.Sc.andPh.D.fromInstituteofPlasmaPhysicsChineseAcademyofSciencesin1994and1997.Since2000hehasbeenaattheStateKeyLaboratoryofAdvancedElectromagneticEngineeringandTechnology,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,China.From2002to2004,hewasaresearchprofessorinNagoyaUniversity,Japan.Hepublished40+pa
16、personthekeyinternationalplasmajournals,andreceivedfoundingfromNationalSciencefoundationandChineseEducationDepartment.Hisresearchinterestsincludenumericalandexperimentalstudyonlowtemperatureplasma,withspecialattentiononplasmaapplicationinmaterialprocessing.課程教學(xué)目標(biāo):Nowadaysplasmadischargesarewidelyuse
17、dtomodifythesurfacepropertiesofmaterials,sothatplasmaprocessingtechnologyiscrucialformanufacturingtheverylargescaleintegratedcircuits,reducingaircraftresistance,environmentprotection,biomedicalandetc.Inordertoimprovethestudents'knowledgeonplasmascience,thecourseofPlasmatechnologyanditsapplicatio
18、n"isopened.Thecourseincludes,Thebasicplasmaphysicsandgasdischargetheory.Differentwaystogenerateplasma,includingglowdischarge,coronadischarge,capacitivelycoupledplasma,inductivelycoupledplasma,dielectricbarrierdischargeandetc.Thenumericalmodelsonplasma,includingglobalmodel,onedimensionalfluidmod
19、el,twodimensionalfluidmodelandPartialincellmodel.Thewaystomeasureplasmaproperties,includingopticalemissionspectrummeasurement,nanosecondexposuretimeimagesofplasma.Theprogressofinternationalplasmacommunityonplasmadynamics,plasmachemistryandplasmaapplications.Uponsuccessfulaccomplishmentofthiscourse,t
20、hestudentsshouldbeabletoUnderstandthebasicknowledgeonplasmaphysics,surfacescienceandatomicandmolecularphysics.DesignandfulfillthesimpleplasmasimulationprogrambyMatlabindependentlyMeasuretheplasmaopticalemissionspectrumandanalyzethedataindependently.Understandthenewestapplicationofplasmascience.1. In
21、troduction§ 1.1 WhatisthesubjectofGasDischargePhysics§ 1.2 TypicalDischargesinaConstantElectricField§ 1.3 ClassificationofDischarges§ 1.4 BriefHistoryofElectricDischargeResearch2. Drift,EnergyandDiffusionofChargedParticlesinConstantFields§ 2.1 DriftofElectronsinaWeaklyIonize
22、dGas§ 2.2 ConductionofIonizedGas§ 2.3 ElectronEnergy§ 2.4 DiffusionofElectrons§ 2.5 Ions§ 2.6 AmbipolarDiffusion§ 2.7 ElectricCurrentinPlasmainthePresenceofLongitudinalGradientsofChargeDensity§ 2.8 HydrodynamicDescriptionofElectrons3. InteractionofElectronsinanIoni
23、zedGaswithOscillatingElectricFieldandElectromagneticWaves§ 3.1 TheMotionofElectronsinOscillatingFields§ 3.2 ElectronEnergy§ 3.3 BasicEquationsofElectrodynamicsofContinuousMedia§ 3.4 High-FrequencyConductivityandDielectricPermittivityofPlasma§ 3.5 PropagationofElectromagnetic
24、WavesinPlasma§ 3.6 TotalReflectionofElectromagneticWavesfromPlasmaandPlasmaOscillations4. ProductionandDecayofChargedParticles§ 4.1 ElectronImpactIonizationinaConstantField§ 4.2 OtherIonizationMechanisms§ 4.3 BulkRecombination§ 4.4 FormationandDecayofNegativeIons§ 4.5 D
25、iffusionLossofCharges§ 4.6 ElectronEmissionfromSolids§ 4.7 MultiplicationofChargesinaGasviaSecondaryEmission5. KineticEquationforElectronsinaWeaklyIonizedGasPlacedinanElectricFiel§5.1DescriptionofElectronProcessesintermsoftheVelocityDistributionFunction§ 5.2 FormulationoftheKinet
26、icEquation§ 5.3 ApproximationfortheAngularDependenceoftheDistributionFunction§ 5.4 EquationoftheElectronEnergySpectrum§ 5.5 ValidityCriteriafortheSpectrumEquation§ 5.6 ComparisonofsomeConclusionsImpliedbytheKineticEquationwiththeResultofElementaryTheory§ 5.7 StationarySpectr
27、umofElectronsinaFieldintheCaseofonlyElasticLosse§ 5.8 NumericalResultsforNitrogenandAir§ 5.9 SpatiallyNonuniformFieldsofArbitraryStrength6. ElectricProbes§ 6.1 Introduction.ElectricCircuitofRarefied§ 6.2 Current-VoltageCharacteristicofaSingleProbe§ 6.3 TheoreticalFoundations
28、ofElectronicCurrentPlasmas§ 6.4 ProcedureforMeasuringtheDistributionFunction§ 6.5 IonicCurrenttoaProbeinRarefiedPlasma§ 6.6 VacuumDiodeCurrentandSpace-ChargeLayer§ 6.7 DoubleProbe§ 6.8 ProbeinaHigh-PressurePlasma7. BreakdownofGasesinFieldsofVariousFrequencyRanges§ 7.1 E
29、ssentialCharacteristicsofthePhenomenon§ 7.2 BreakdownandTriggeringofSelf-SustainedDischargeinaConstantHomogeneousFieldatModeratelyLargeProductofPressureandDischargeGapWidth§ 7.3 BreakdowninMicrowaveFieldsandInterpretationofExperimentalDataUsingtheElementaryTheory§ 7.4 CalculationofIon
30、izationFrequenciesandBreakdownThresholdsUsingtheKineticEquation§ 7.5 OpticalBreakdown§ 7.6 MethodsofExcitinganRFFieldinaDischargeVolume§ 7.7 BreakdowninRFandLow-FrequencyRanges8. StableGlowDischarge§ 8.1 GeneralStructureandObservableFeatures§ 8.2 Current-VoltageCharacteristicsofDischargeBetweenElectrodes§ 8.3 DarkDischargea
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