【技术实现步骤摘要】
一种表面耦合诱导电离技术及其对应的等离子体与等离子体器件
本专利技术涉及材料科学与电子器件领域，特别是涉及等离子体与电离。此外，本专利技术还涉及一系列涉及上述等离子体的等离子体器件。
技术介绍
等离子体(Plasma)，即气态的分子在外场或热作用下，进一步电离后形成的物态。在生活有许多常见的等离子体，包括在燃烧环境下的高温火焰、高压放电击穿空气时形成的电弧与街头巷尾五颜六色的霓虹灯。使气态分子转化为等离子体的技术，即电离技术(Ionization)，在三废处理，橡胶回收，材料合成与材料表面修饰，检测分析等各个领域被广泛应用。不同形式的等离子体的电离条件各有不同，但最为常见的还是负压或真空下形成的等离子体。真空或负压下的典型电离方式之一，即为辉光放电。辉光放电正是在各类气体的管道中抽到一定的负压(一般低于10mbar)，再通过两个平板电极向真空管中放电，使气体发生电离，形成辉光等离子体。如通过高频的射流代替直流，则可以进一步获得基于平板电极间电容耦合的射频等离子体。传统负压或真空下的等离子体还包括电晕放电、电弧...
【技术保护点】
1.一种表面耦合诱导电离技术，包含以下任意一个步骤：/n(1)通过自由空间或波导将第一束电磁波馈入至材料上，使第一束电磁波与材料的表面等离子体发生共振，并励激起表面等离子体波；向材料表面引入待电离的目标分子，通过控制材料表面与目标分子间的相互作用，使目标分子的电子与材料上的表面等离子体激元发生耦合，诱导目标分子电离；/n(2)同步通过自由空间或波导，再将第二束及后续的电磁波馈入至材料表面上目标分子的电离区域，使电离后的目标分子吸收，提高目标分子的电离程度；/n(3)目标分子以体相等离子体的形式释放，实现表面耦合诱导电离。/n
【技术特征摘要】
1.一种表面耦合诱导电离技术，包含以下任意一个步骤：
(1)通过自由空间或波导将第一束电磁波馈入至材料上，使第一束电磁波与材料的表面等离子体发生共振，并励激起表面等离子体波；向材料表面引入待电离的目标分子，通过控制材料表面与目标分子间的相互作用，使目标分子的电子与材料上的表面等离子体激元发生耦合，诱导目标分子电离；
(2)同步通过自由空间或波导，再将第二束及后续的电磁波馈入至材料表面上目标分子的电离区域，使电离后的目标分子吸收，提高目标分子的电离程度；
(3)目标分子以体相等离子体的形式释放，实现表面耦合诱导电离。
2.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中的材料的形态包括固体与液体；其中，所述的固体形态包括薄膜，颗粒，粉体，气溶胶，光子晶体，气固两相流中的一种或多种；所述的液体形态包括液滴，分散液，气液两相流中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中的材料尺寸为0.3nm-1000mm。
4.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中的材料包括金属及合金材料，碳材料，陶瓷材料，有机导体材料，半导体材料中的一种或一种以上的混合物。
5.根据权利要求4所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中的金属及合金材料，包括含有锂、铍、硼、碳、钠、镁、铝、硅、磷、硫、钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、砷、铷、锶、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、锑、碲、铯、钡、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、铊、铅、铋、钋、钫、镭，镧系元素，锕系元素的金属或合金中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中的所述的陶瓷材料，包括氧化物陶瓷，硅酸盐陶瓷，氮化物陶瓷，硼酸盐陶瓷，磷酸盐陶瓷，碳化物陶瓷，铝酸盐陶瓷，锗酸盐陶瓷，钛酸盐陶瓷中的一种或几种。
7.根据权利要求4所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中的所述有机导体材料，包括聚乙炔，聚芳基乙炔，聚吡咯，聚苯胺，聚噻吩，聚苯硫醚，TTF-TCNQ，PEDOT-PSS，四硫富瓦烯，聚芴，聚对苯撑，聚芳烃，等具有连续共轭骨架的化合物中的一种或多种。
8.根据权利要求4所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中的半导体材料包括III-V族半导体、II-VI族半导体，IV族半导体，量子点半导体，钙钛矿半导体颗粒中的一种或几种。
9.根据权利要求4所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中的材料中的碳材料包括包括石墨烯、氨基化石墨烯、羧基化石墨烯、羟基化石墨烯、巯基化石墨烯、氧化石墨烯、甲基化石墨烯、三氟甲基化石墨烯、十八烷基化石墨烯、氟化石墨烯及碘化石墨烯、人造石墨、天然石墨、石墨化碳微球、石墨化碳纳米管、碳纳米管、玻璃碳、无定形碳、碳纳米角、碳纤维、碳量子点、碳分子筛中的一种或一种以上的混合物。
10.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中的第一束电磁波包括伽马射线、硬X射线、软X射线、极紫外线、近紫外线、可见光、近红外线、中红外线、远红外线、太赫兹、极高频微波、超高频微波、特高频微波、甚高频无线电波、高频无线电波、中频无线电波、低频无线电波、甚低频无线电波、特低频无线电波、极低频无线电波中的一种或多种。
11.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中的第一束电磁波波长或其分布为0.01nm～100km。
12.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中的第一束电磁波其空间分布包括高斯光束、贝塞尔光束、艾利光束、拉盖尔-高斯光束、余弦-高斯光束、马蒂厄光束、平顶光束、涡旋光束中的一种或多种。
13.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中的第一束电磁波其偏振度为0.01％-99％。
14.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中的第一束电磁波其偏振模式包括自然光，部分偏振，线偏振，圆偏振，椭圆偏振，方位角偏振，径向偏振，中的一种或多种。
15.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中的第一束电磁波其偏振包括S波偏振与P波偏振。
16.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中的第一束电磁波其轨道角动量及其分布为-10～+10。
17.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中的第一束电磁波其相位及其分布为0–2π。
18.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤2中的第二束及后续的电磁波包括伽马射线、硬X射线、软X射线、极紫外线、近紫外线、可见光、近红外线、中红外线、远红外线、太赫兹、极高频微波、超高频微波、特高频微波、甚高频无线电波、高频无线电波、中频无线电波、低频无线电波、甚低频无线电波、特低频无线电波、极低频无线电波中的一种或多种。
19.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤2中的第二束及后续的电磁波波长或其分布为0.01nm～100km。
20.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤2中的第二束及后续的电磁波其空间分布包括高斯光束、贝塞尔光束、艾利光束、拉盖尔-高斯光束、余弦-高斯光束、马蒂厄光束、平顶光束、涡旋光束中的一种或多种。
21.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤2中的第二束及后续的电磁波其偏振度为0.01％-99％。
22.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤2中的第二束及后续的电磁波其偏振模式包括自然光，部分偏振，线偏振，圆偏振，椭圆偏振，方位角偏振，径向偏振，中的一种或多种。
23.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤2中的第二束及后续的电磁波其偏振包括S波偏振与P波偏振。
24.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤2中的第二束及后续的电磁波其轨道角动量及其分布为-10～+10。
25.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤2中的第二束及后续的电磁波其相位及其分布为0–2π。
26.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1、2、3中所述的任意一种目标分子，其分子量从1.0×100Da-1.0×1020Da。
27.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中通过自由空间的方式将第一束电磁波馈入至材料上，具体包括如下步骤：
1S1、将第一束电磁波的波长及其分布、空间分布、偏振与轨道角动量及其分布、相位及其分布等因素进行调制，得到第一束调制电磁波；
1S2a、引导所述的第一束调制电磁波与材料的表面等离子体频率波矢匹配，获得波矢匹配调制电磁波；
1S3a、将所述的波矢匹配调制电磁波经自由空间射入材料表面，使材料表面形成表面等离子体波。
28.根据权利要求27所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中1S1中的波长及其分布的调制方法包括色散器件调制，滤波器件调制，折射器件调制，干涉调制，吸收调制，非线性光学调制，谐振腔增强调制中的一种或多种。
29.根据权利要求27所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中1S1中的空间分布调制方法包括折射器件调制，传输天线调制，矩阵反射器件调制，空间光调制器调制，可变曲率反射器件调制，吸收器件调制中的一种或多种。
30.根据权利要求27所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中1S1中的偏振与轨道角动量及其分布调制方法，包括单模式腔体调制，光弹调制，空间光调制器调制，模式转换器调制，双折射器件调制，偏振片调制中的一种或多种。
31.根据权利要求27所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中1S1中的相位及其分布调制方法，包括移相调制，双折射器件调制，空间光调制器调制中的一种或多种。
32.根据权利要求27所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中1S1相位及其分布调制方法，包括移相调制，双折射器件调制，空间光调制器调制中的一种或多种。
33.根据权利要求27所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中1S2a中的波矢匹配方法，包括通过光栅，光子晶体，自由光耦合棱镜全内反射，介电常数小于1的超材料器件，多重衰减全内反射器件，自由光耦合波导全内反射器件，全内反射器件，聚焦器件，直接匹配中的一种或多种方法。
34.根据权利要求1所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中通过所述通过波导的方式将第一束电磁波馈入至材料上，具体包括如下步骤：
1S1、将第一束电磁波的波长及其分布、空间分布、偏振与轨道角动量及其分布、相位及其分布等因素进行调制，得到第一束调制电磁波；
1S2b、将所述第一束调制电磁波通过波导馈入隔离器，得到单向第一束调制电磁波；
1S3b、引导所述的单向第一束调制电磁波与材料的表面等离子体频率波矢匹配，获得波矢匹配单向调制电磁波；
1S4b、将所述的波矢匹配单向调制电磁波经波导射入材料表面，使材料表面形成表面等离子体波。
35.根据权利要求34所述的一种表面耦合诱导电离技术，其特征在于：所述步骤1中通过所述通过波导的方式将第一束电磁波馈入至材料上中步骤1S2b所述的隔离器包括方波导环形器，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张麟德，
申请(专利权)人：高维等离子体源科技孝感有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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