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等离子体技术专家——COMSOL Multiphysics平台
原文作者:中仿科技 发布时间: 2009-07-09 11:38:23 新闻来源:
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     等离子体又叫做电浆,是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质,它广泛存在於宇宙中,常被视为是除去固、液、气 外,物质存在的第四态。等离子体是一种很好的导电体,利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环境 空间,空间物理,地球物理等科学的进一步发展提新的技术和工艺。

 

     等离子体可分为两种:高温和低温等离子体。现在低温等离子体广泛运用于多种生产领域。例如:等离子电视,婴儿尿布表面防水涂层,增加啤酒瓶阻隔性。更重要 的是在电脑芯片中的蚀刻运用,让网络时代成为现实。高温等离子体只有在温度足够高时发生的。太阳和恒星不断地发出这种等离子体,组成了宇宙的99%。低温 等离子体是在常温下发生的等离子体(虽然电子的温度很高)。低温等离子体体可以被用于氧化、变性等表面处理或者在有机物和无机物上进行沉淀涂层处理。

  等离子体是物质的第四态,即电离了的“气体”,它呈现出高度激发的不稳定态,其中包括离子(具有不同符号和电 荷)、电子、原子和分子。其实,人们对等离子体现象并不生疏。在自然界里,炽热烁烁的火焰、光辉夺目的闪电、以及绚烂壮丽的极光等都是等离子体作用的结 果。对于整个宇宙来讲,几乎99.9%以上的物质都是以等离子体态存在的,如恒星和行星际空间等都是由等离子体组成的。用人工方法,如核聚变、核裂变、辉 光放电及各种放电都可产生等离子体。分子或原子的内部结构主要由电子和原子核组成。在通常情况下,即上述物质前三种形态,电子与核之间的关系比较固定,即 电子以不同的能级存在于核场的周围,其势能或动能不大。普通气体温度升高时,气体粒子的热运动加剧,使粒子之间发生强烈碰撞,大量原子或分子中的电子被撞 掉,当温度高达百万开到1亿开,所有气体原子全部电离.电离出的自由电子总的负电量与正离子总的正电量相等.这种高度电离的、宏观上呈中性的气体叫等离子 体。

 

     等离子体主要用于以下四方面:

  1、等离子体冶炼:用于冶炼用普通方法难于冶炼的材料,例如高熔点的锆 (Zr)、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、钨(W)等金属;还用于简化工艺过程,例如直接从ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分别获 得Zr、Mo、Ta和Ti;用等离子体熔化快速固化法可开发硬的高熔点粉末,如碳化钨-钴、Mo-Co、Mo-Ti-Zr-C等粉末 等离子体冶炼的优点是产品成分及微结构的一致性好,可免除容器材料的污染。

  2、等离子体喷涂:许多设备的部件应能耐磨耐腐蚀、抗高温,为此需要在其表面喷涂一层具有特殊性能的材料。用等离子体沉积快速固化法可将特种材料粉末喷入热等离子体中熔化,并喷涂到基体(部件)上,使之迅速冷却、固化,形成接近网状结构的表层,这可大大提高喷涂质量。

  3、等离子体焊接:可用以焊接钢、合金钢;铝、铜、钛等及其合金。特点是焊缝平整,可以再加工,没有氧化物杂质,焊接速度快。用于切割钢、铝及其合金,切割厚度大。

  4、等离子体刻蚀:在半导体制造技术中,等离子体刻蚀是干法刻蚀中蕞常见的一种方法,等离子体产生的带能粒子(轰击的正离子)在强电场下,朝硅片表面加速,这些例子通过溅射刻蚀作用去除未被保护的硅片表面材料,从而完成一部分的硅刻蚀。

  在宇宙中,等离子体是物质蕞主要的正常状态。宇宙研究、宇宙开发、以及卫星、宇航、能源等新技术将随着等离子体的研究而进入新时代。等离子体的应用涉及多种物理场的复杂耦合作用,例如流动、扩散和迁移、电磁场、传热等,COMSOL Multiphysics采用直接耦合的方式,通过求解描述这些物理现象的偏微分方程(组),实现这些物理现象的模拟。

      COMSOL Multiphysics专注于等离子体数值模拟:

  • 等离子体物理

 

等离子体特征研究 等离子体粒子模拟
等离子体对电磁波吸收效应 低温等离子体的物理应用
高清显示屏 高温等离子体物理与核聚变工程
弧光放电 电弧加热
天体物理  
  • 等离子体化学

 

等离子体污染物处理 等离子体表面改性
等离子体清洗、刻蚀 等离子体冶金
等离子体气相沉积  
  • 电动流体(EHD)力学     

 

电流体泵 静电纺丝
强化传热  
  • 磁流体(MHD)力学

 

磁流体发电 流量计
电磁制动 电磁激波管
电磁搅拌  


     COMSOL Multiphysics全球第一款真正的多物理场耦合分析软件,直接对偏微分方程组进行操作以实现有限元模拟,适合模拟科学和工程领域的各种物理过程,以高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力实现高度精确的数值仿真。多次被NASA技术杂志选为“年度蕞佳上榜产品”。 COMSOL Multiphysics是一套完整的软件包,它涵盖了整个建模过程:CAD建模及模型导入、物理方程和边界条件的设定、自动的网格生成器、各种蕞优化的求解器、可视化后处理工具。COMSOL Multiphysics是一个高度开放且可扩展的平台,在方程系统、边界条件中可以修改相应的数学函数,实现任意方程的求解。

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