Проведены новые исследования, которые освещают поведение электрического пробоя при самых малых расстояниях зазора из когда-либо изучавшихся до этого.

Инновации в микромасштабной электронике, медицине, химии и множестве других технологий зависят от понимания и прогнозирования поведения электричества на самых малых масштабах длины. Ученые уже достаточно хорошо понимают явление, известное как «электрический пробой», когда электричество протекает через большие промежутки и создает плазму. Тем не менее, исследователи до сих пор мало понимали поведение электричества при его прохождении через очень небольшие промежутки - всего лишь несколько тысячных до миллиметра.

Группа исследователей из США и Китая сообщила о новых исследованиях, которые освещают поведение электрического пробоя при самых маленьких расстояниях зазора из когда-либо изучавшихся: всего от 5 до 10 микрон. (Микрон составляет 1/1000 мм).

«Наше исследование показывает переход между механизмами пробоя газа, или процесса при котором газ становится проводящим, и длины пути прохождения разряда - по существу, как течет поток электронов при их столкновениях с молекулами газа в очень малых масштабах», - сказал Аллен Гарнер в Университет Пердью в Вест-Лафайетте, штат Индиана, и соавтор статьи, опубликованной в «Physics of Plasmas».

 

Исследователи обнаружили, что при таких микроскопических расстояниях зазоров не образуется явный канал разряда, это означает, что пробой не был вызван лавинным механизмом, обнаруженным при больших промежутках. Пробой в малых промежутках также включает прямое излучение ионного поля из положительно заряженного электрода. Они также отметили, что напряжение, необходимое для электрического пробоя, линейно уменьшалось с уменьшением расстояния зазора при этих маленьких расстояниях.

 

Инновации на микромасштабном уровне зависят от понимания поведения электричества при самых маленьких масштабах длины.

Морфология разрушения при ширине зазора от 1 до 20 мкм: (a) - (c) пробой, распространяющийся по кратчайшему пути с люминесценцией, заполняющей окружающую область; (d) - (f) извилистый путь разряда, независимо от ширины зазора; и (g) - (i) нет очевидного канала пробоя, возникающего на этих наименьших расстояниях зазоров.

Credit: G. Meng, et al.

 

Для проведения своих исследований команда использовала оптическую измерительную систему, которая совмещала оптический микроскоп с высокой степенью увеличения с высокоскоростной камерой ICCD, для измерения напряжений пробоя и определения морфологии пробоя (форма разряда и длина пути) как функции ширины зазора.

«Понимание фундаментального механизма газового пробоя в микромасштабе будет иметь далеко идущие последствия для практических устройств из-за многочисленных применений, которые используют микроплазму», - сказал Годун Мэн, из Университета Сиань Цзяотун в Китае и ведущий автор исследования.

«Важность понимания пробоя при этих меньших зазорах связана с продолжающимися исследованиями в области электронной эмиссии в вакуумной электронике и способствует будущим работам, объединяющей различные теории электронной эмиссии и газового пробоя», - сказал Гарнер.

Источник: Guodong Meng, Xinyu Gao, Amanda M. Loveless, Chengye Dong, Dujiao Zhang, Kejing Wang, Bowen Zhu, Yonghong Cheng, Allen L. Garner. Demonstration of field emission driven microscale gas breakdown for pulsed voltages using in-situ optical imaging. Physics of Plasmas, 2018; 25 (8): 082116 DOI: 10.1063/1.5046335

 

Энергетика и промышленность России - информационный портал           Научный журнал “Видеонаука          Наука и технологии России − STRF.ru

Другие партнёры сайта