多频等离子体与硅基软物质的作用研究

近年来硅基软物质（硅油）在低气压等离子体环境中作为制备超细金属纳米颗粒的清洁液体基片和作为液态等离子体沉积SiC薄膜的应用，产生了低温等离子体物理领域的重要科学问题 - 等离子体与软物质相互作用问题。为研究硅基软物质在等离子体环境中应用时由等离子体诱导产生的软物质结构演变与奇异性质，本项目将探索等离子体-硅基软物质作用的机制、结构与性能演变。项目主要研究：（1）双频等离子体诱导的硅基软物质结构演变与物理机制：（2）硅基软物质的双频放电等离子体化学性质；（3）F、O、CH双频等离子体改性的硅基软物质的发光行为。

硅基软物质（硅油）在低气压等离子体环境中作为超细金属纳米颗粒、金属薄膜沉积的液体基片，在制备特殊结构金属薄膜和清洁的、无副产品的纳米颗粒中获得重要应用，但是，由等离子体诱导的液态基片性能变化及其对金属纳米颗粒、金属薄膜制备的影响极少受到关注，因此促使了等离子体与软物质相互作用问题的研究。.本项目以等离子体诱导的硅油软物质结构演变、发光性能以及等离子体化学为目标，采用双频电容耦合等离子体技术，研究了Ar等离子体及碳氟等离子体诱导的、具有不同粘滞性的硅油软物质的结构演变、发光特性及相关的放电等离子体化学性质，完成了申请书预定的目标。.项目开展的主要工作是：（1）采用13.56MHz (60MHz)/2MHz双频电容耦合等离子体技术，研究了Ar等离子体、碳氟等离子体诱导的硅油软物质的结构特性，分析了频率组合、放电功率、硅油粘滞系数与硅油结构演变的关联及可能的原因，获得了硅油结构演变的等离子体条件。（2）采用高分辨率等离子体发射光谱诊断技术，研究了13.56MHz (60MHz)/2MHz频率组合下Ar、C2F6、O2/C2F6等离子体诱导硅油软物质分解的等离子体化学性质，为解释硅油结构演变及发光特性提供实验证据。（3）采用60MHz/2MHz双频电容耦合等离子体技术，研究了放电气体（C2F6、CHF3、O2/C2F6）、低频功率、O2/C2F6比对等离子体处理硅油软物质光致发光特性的影响，结合放电等离子体化学性质和硅油结构的分析，提出了等离子体改性硅油光致发光行为的结构关联。.项目取得的重要成果是：（1）从实验上证明硅油软物质经低气压等离子体作用，表面微结构、键结构发生了变化。发现Ar等离子体诱导的硅油形成蛇形凝聚结构，碳氟等离子体改性的硅油表面出现C:F分形凝聚，这些凝聚行为与硅油粘滞性相关。蛇形凝聚长度与硅油粘滞系数（20 - 500 mm2s-1）满足n ~ Lb关系，其中b = 3.37，符合蛇形凝聚的Repton模型；C:F凝聚的分形维数随硅油粘滞系数增大（100 - 500 mm2s-1）而减小（1.67 - 1.45），凝聚行为从DLA模式转变为CCA模式。（2）采用C2F6、CHF3、O2/C2F6等离子体处理硅油，获得了具有白光发射、紫光发射和蓝光发射特性的SiCOH发光材料，实现了低温制备SiCOH白光发射材料的新途径。