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    給細管“貼膜”——細管內壁涂層技術的革新

    2018-02-28

    導語:

    北京時間2017年10月,第14屆“等離子基離子注入和沉積技術國際學術會議”(the 14th International Conference on Plasma Based Ion Implantation & Deposition PBII&D 2017)在上海召開,期間我校機械工程及自動化學院李劉合教授團隊博士研究生許億的學術論文榮獲最佳展板獎(“Best Poster Award”)。該項成果中首次提出了EGD-PIII&D管內等離子體放電過程中的自增強等離子體放電效應,并研究了該效應的控制規律,得到了PBII&D2017組織委員會、與會國內外專家的高度評價。

     

    科研背景:現有技術的局限

    低溫等離子體表面改性,是一種融合了物理、化學等交叉學科知識的前沿技術。目前,這一技術已經廣泛地應用于醫藥學、環境科學、輕工紡織等領域,但其在管狀工件內壁應用時仍存在著重大局限:對于內徑較小且長徑比較大的管狀工件來說,外部等離子體難以進入管狀工件內部,等離子體在其內部也難以發生。

    然而,管狀工件作為機械化工、生物醫藥等領域產品的關鍵部分,其性能極大程度上影響著產品的功能發揮。以人造血管為例,目前世界上雖然存在內徑小于3mm的人造血管,但因其使用壽命過短,應用效果通常不盡如人意。因此,對管道內壁進行涂層或改性,以延長管道的使用年限、拓寬應用領域,成為了該領域研究者所共同關心的問題。

    人造血管模型

     

    科研成果:制造技藝的革新

    EGD-PIII&D裝置是許億博士導師李劉合教授的專利,一次偶然的機會,許博士發現利用裝置點狀陽極和大面積陰極靶的獨特設計,可以在實驗中制造出足夠數量和能量的二次電子。這一現象引發許億博士聯想到,它能夠作為管內等離子體的發生和維持的荷能粒子源?;诖?,許億博士首次提出將電子聚焦電場增強等離子體基離子注入/沉積(EGD-PIII&D)技術應用于管內等離子體的產生,破解了內徑較小且長徑比較大的管狀工件內離子體難以發生的問題,因而得到了“等離子體基離子注入及沉積”領域最高水平國際會議PBII&D的高度認可。

    EGD-PIII&D 裝置示意圖

    管內壁DLC薄膜沉積過程中自增強等離子體放電效應主要過程

    許億博士的研究,目前已進展至能夠利用EGD-PIII&D技術,在內徑細至0.8mm、長超過100mm的石英毛細管的內壁沉積了DLC薄膜,并將該技術拓展至螺旋管、C形管等異形管內壁薄膜的沉積。此外,許億博士針對管內壁DLC薄膜沉積過程中初始階段注入電流快速增長的現象,研究了管內壁材料對等離子體放電的影響,揭示了自增強等離子體放電效應,又對管內壁涂層不均勻的問題設計了多項試驗,最終掌握了管內壁DLC薄膜沉積過程中氣體流量和電壓大小對薄膜均勻性的影響規律。

    直管和異型石英管內壁沉積DLC薄膜前后對比圖

     

    科研心得:積累+細節=成功

    在談及自己成功的背后,許億博士最大的感悟,就是科研人員應當盡可能豐富自己的知識儲備。研究者必須要去閱讀大量的文獻,熟悉所在領域國內外前沿,才能一方面避免重復他人已經實踐的工作,提升研究的回報率;另一方面,從他人的成果中不斷汲取靈感,可以啟發自己探索出解決問題的新思路。

    在研究電子聚焦電場增強等離子體離子注入且沉積問題的同時,許億博士還進行過質點網格法/蒙特卡洛算法(PIC/MC)及高能脈沖磁控濺射技術(HiPIMS)等方向的研究,并發表過3篇SCI-Q1區論文、1篇EI論文。對此,許億博士表示,科研中應當不放過任何細節之處,只有把握住每一次實驗所帶來的機遇,不斷深入、融匯貫通,才能夠實現事半功倍的效果。

    許億博士

    結語:

    新的技術和方法往往能帶來一系列產品的革新,許億博士關于毛細管內壁涂層方法的改良,對于機械化工、生物醫藥等領域都將產生一定影響。雖然已經在國際會議上嶄露頭角,但許億博士的科研之路卻絕不會止步。在北航建設世界一流大學的征程中,我們也期待有更多創新人才的涌現。

     

    策劃/文案:張金星、李培源

    設計:楊彥卓 技術:曹嘉輝 英文編輯:李明珠

    鳴謝:機械工程及自動化學院、許億博士

    編審:北航門戶網站總編總監工作室

    投稿:geoos@buaa.edu.cn



    審核:審核人參數配置未打開 編輯:曹嘉輝

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