本實用新型涉及一種消除微球表面靜電的裝置。

背景技術(shù)：

在慣性約束聚變(ICF)科學(xué)研究中，具有GDP(CH聚合物)涂層的微球因其具有較高的強度、較好的表面光潔度、較高的紅外透過率等諸多優(yōu)點，而被選作激光ICF物理實驗中首選氘氚燃料容器和燒蝕層。在GDP微球制備工藝中，為了獲得表面光潔度高、涂層厚度均勻的GDP微球，在CH聚合物涂鍍過程中，需要使微球在等離子體輝光中隨機滾動，即通過步進電機驅(qū)動傾斜的微球托盤旋轉(zhuǎn)，將微球置于托盤中，使其在重力與摩擦力的共同作用下隨機滾動。這在公告號為CN201552114U，名稱為傾斜式微球滾動裝置的專利中已經(jīng)實現(xiàn)。但是，在CH聚合物涂鍍初期，微球表面通常會因表面攜帶靜電而導(dǎo)致微球與托盤、微球與微球之間相互吸引或排斥，從而影響微球的滾動效果。除此之外，靜電作用對GDP微球制成成品前后的轉(zhuǎn)運、裝載燃料等過程中都會產(chǎn)生負面影響。

傳統(tǒng)的GDP微球表面靜電消除方法通常是在大氣下進行。例如，公布號為CN102484358 A的專利文獻公開了一種通過正負離子氣流消除充電物體靜電的靜電消除器。公開號為CN101031178A的專利文獻公開了一種介質(zhì)阻擋放電等離子體的等離子體放點靜電消除器，等等。上述文獻公開的方案雖然能消除GDP微球表面的靜電，但是同時會在GDP微球中引入雜質(zhì)。并且這些方案都是在常壓下實施，因此會導(dǎo)致GDP微球表面氧化。這些因素都會導(dǎo)致激光輻照ICF靶丸時產(chǎn)生極大的流體力學(xué)不穩(wěn)定性，嚴重影響實驗結(jié)果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種消除微球表面靜電的裝置，解決現(xiàn)有消除微球表面靜電的裝置在大氣下進行，會引入雜質(zhì)以及導(dǎo)致微球表面氧化的問題。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：消除微球表面靜電的裝置，包括石英諧振腔以及盤繞于所述石英諧振腔外側(cè)的天線，所述天線為盤香型且與射頻匹配網(wǎng)絡(luò)連接；所述石英諧振腔外側(cè)安裝真空測量的電阻單元和電離單元，以及真空抽氣口和進氣口，石英諧振腔上還配置接地位。

進一步的是：所述石英諧振腔包括圓柱狀的腔壁以及連接于腔壁兩端的上密封蓋和下密封蓋，電阻單元、電離單元和進氣口安裝于上密封蓋，接地位和真空抽氣口設(shè)置于下密封蓋。

進一步的是：所述真空抽氣口上還設(shè)置插板閥。

進一步的是：所述天線的中心位于石英諧振腔的軸線上。

進一步的是：所述石英諧振腔內(nèi)還設(shè)置樣品支架，樣品支架上設(shè)置托盤。

本實用新型還提供一種通過上述任意一種消除微球表面靜電的裝置實現(xiàn)消除微球表面靜電的方法，包括以下步驟：

步驟一、配置微球樣品于托盤中，將托盤置于石英諧振腔內(nèi)；

步驟二、對石英諧振腔進行抽真空，再向石英諧振腔內(nèi)通入放電氣體，所述放電氣體不會與待處理的微球樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，且放電氣體離解后不產(chǎn)生與待處理的微球樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；

步驟三、開啟射頻電源，通過射頻匹配網(wǎng)絡(luò)向天線提供射頻信號，根據(jù)所選放電氣體產(chǎn)生的等離子體刻蝕效應(yīng)確定射頻信號施加的時長；石英諧振腔內(nèi)產(chǎn)生等離子體，微球樣品暴露在等離子體環(huán)境中，等離子體中的離子、電子分別與待處理的微球表面負電荷、正電荷相中和；

步驟四、重復(fù)上述步驟三，直至消除微球表面靜電。

具體地：步驟二中，對石英諧振腔進行抽真空，使石英諧振腔的氣壓低于1×10^-3Pa；再向石英諧振腔內(nèi)通入放電氣體，使石英諧振腔的氣壓為20-40Pa。

具體地：步驟三中，所述放電氣體為氫氣或惰性氣體。其中惰性氣體為氦氣、氬氣等。

具體地：步驟三中，所述的射頻信號通過射頻發(fā)生源產(chǎn)生，其頻率為13.56MHz、27.12MHz或40.68MHz。

具體地：步驟三中，射頻信號施加的時長為不超過60秒。射頻信號施加時間即是靜電消除處理時間，靜電消除處理采用60秒或更短的時間周期，可減小靜電消除過程中等離子體對微球表面的刻蝕作用。

具體地：步驟二中，使用氣體流量控制器向石英諧振腔內(nèi)通入放電氣體，放電氣體的流量為10-20ml/min。

本實用新型的有益效果是：靜電中和的速度快，等離子體環(huán)境對微球的包覆全面、均勻，靜電消除效果徹底，真空環(huán)境處理避免樣品被氧化，靜電消除過程中無雜質(zhì)成分進入樣品表層，消除微球表面靜電的裝置具有結(jié)構(gòu)簡單和運行穩(wěn)定的特點，消除微球表面靜電的方法具有操作方便的特點。

附圖說明

圖1是本實用新型消除微球表面靜電的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型消除微球表面靜電的方法的過程示意圖。

圖中零部件、部位及編號：石英諧振腔1、上密封蓋2、電阻單元3、電離單元4、下密封蓋5、進氣口6、接地位7、樣品支架8、托盤9、天線10、射頻匹配網(wǎng)絡(luò)11、真空抽氣口12、插板閥13。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。

如圖1所示，本實用新型消除微球表面靜電的裝置，包括石英諧振腔1以及盤繞于石英諧振腔1外側(cè)的天線10，天線10為盤香型且與射頻匹配網(wǎng)絡(luò)11連接。石英諧振腔1的腔壁呈圓柱狀，腔壁兩端分別為上密封蓋2和下密封蓋5，上密封蓋2外側(cè)安裝真空測量的電阻單元3和電離單元4，上密封蓋2上還安裝進氣口6。下密封蓋5上安裝接地位7和真空抽氣口12，真空抽氣口12上還設(shè)置插板閥13。

石英諧振腔1內(nèi)還設(shè)置樣品支架8，樣品支架8上設(shè)置托盤9。托盤9用于裝載需要處理的微球。為了保證裝載待處理微球樣品的托盤9盡可能處于等離子體源區(qū)的中心位置，該中心位置等離子體密度大、分布均勻，以致待處理微球完全浸潤在等離子體環(huán)境中，盤香型的天線10的位置可沿石英諧振腔1軸線進行調(diào)整。

參照圖2，通過上述除微球表面靜電的裝置消除微球表面靜電的方法實施例如下。

實施例1

消除微球表面靜電的方法，首先，配置適量的待處理的微球樣品于托盤9中，將托盤9置于石英諧振腔1內(nèi)。調(diào)整托盤9和天線10的相對位置，使托盤9處于等離子體源區(qū)的中心位置。

其次，通過真空抽氣口12對石英諧振腔1進行抽真空，使石英諧振腔1內(nèi)的氣壓抽至1×10^-3Pa以下，以保證石英諧振腔1內(nèi)所含的氧原子數(shù)目足夠少。再將放電氣體，具體選用氫氣，通過進氣口6注入石英諧振腔1，氫氣注入流速為10ml/min。通過電阻單元3和電離單元4測量石英諧振腔1內(nèi)的氣壓，并使用插板閥13調(diào)節(jié)石英諧振腔1內(nèi)的氣壓至30Pa。

再次，待石英諧振腔1內(nèi)氣壓穩(wěn)定，開啟射頻電源，通過射頻匹配網(wǎng)絡(luò)11向天線10提供40.68MHz射頻信號，并將其輸入功率調(diào)節(jié)為10W，以在放電腔室空間中形成高頻的交變電場，游離電子在電場中加速轟擊中性粒子使其離解，從而產(chǎn)生動態(tài)平衡的等離子體；等離子體中的離子、電子分別與微球表面的異性電荷相中和，達到去除靜電的目的。射頻信號施加的時長根據(jù)所選放電氣體產(chǎn)生的等離子體刻蝕效應(yīng)而定，射頻信號施加時間即是靜電消除處理時間，由于微球長時間暴露在等離子體中可能會導(dǎo)致微球表面形貌在刻蝕作用下而改變，所以等離子體處理的時間盡可能短，具體以40-60s為一個周期，本實施例以1min為一個周期。

最后，重復(fù)上段的操作，直至消除微球表面靜電。

實施例2

本實施例與實施例1的操作步驟基本相同，不同之處在于：放電氣體采用氦氣。使用氦氣放電的優(yōu)點在于，氦氣所產(chǎn)生的等離子體具有化學(xué)惰性，不會與待處理微球樣品發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)。

實施例3

消除微球表面靜電的方法，首先，配置適量的待處理的微球樣品于托盤9中，將托盤9置于石英諧振腔1內(nèi)。調(diào)整托盤9和天線10的相對位置，使托盤9處于等離子體源區(qū)的中心位置。

其次，通過真空抽氣口12對石英諧振腔1進行抽真空，使石英諧振腔1內(nèi)的氣壓抽至1×10^-3Pa以下。再將放電氣體，具體選用氬氣，將高純氬氣通過進氣口6注入石英諧振腔1，注入流速為20ml/min。通過電阻單元3和電離單元4測量石英諧振腔1內(nèi)的氣壓，并使用插板閥13調(diào)節(jié)石英諧振腔1內(nèi)的氣壓至40Pa。

再次，待石英諧振腔1內(nèi)氣壓穩(wěn)定，開啟射頻電源，通過射頻匹配網(wǎng)絡(luò)11向天線10提供40.68MHz射頻信號，并將其輸入功率調(diào)節(jié)為80W，以在放電腔室空間中形成高頻的交變電場，游離電子在電場中加速轟擊中性粒子使其離解，從而產(chǎn)生動態(tài)平衡的等離子體。射頻信號施加時間即是靜電消除處理時間，其中，射頻信號單次持續(xù)施加的時長為40s。等離子體中的離子、電子分別與微球表面的異性電荷相中和，消除微球表面靜電。

最后，重復(fù)上段的操作，直至消除微球表面靜電，最終達到去除靜電的目的。

由于氬氣質(zhì)量較氫氣、氦氣大得多，氬氣產(chǎn)生等離子體后，離子轟擊微球樣品表面時，所交換的能量遠大于氫氣和氦氣。因此，優(yōu)選的是使用更高的放電氣壓，以及更低的射頻輸入功率，以降低氬氣等離子體中的離子能量和鞘層電位降。