
【電】 ion sheath
ion
【化】 ion
【醫】 ion
scabbard; sheath; theca; vagina
【醫】 coleo-; sheath; theca; thecae; vagina
離子鞘(ion sheath)是等離子體物理學中的關鍵概念,指在等離子體與固體表面接觸時,因帶電粒子(離子與電子)遷移率差異形成的空間電荷層。該區域内的電場會排斥或吸引帶電粒子,導緻離子濃度顯著高于電子濃度,形成電勢梯度。
在技術應用中,離子鞘對等離子體處理工藝(如半導體蝕刻、薄膜沉積)具有重要影響。例如,在射頻放電裝置中,離子鞘的厚度與頻率、電壓及氣體壓強相關,其特性直接影響離子轟擊材料的能量分布。NASA研究報告指出,航天器與電離層等離子體相互作用時,離子鞘的形成可能幹擾通信設備的電磁信號傳輸。
根據《等離子體科學與技術》期刊的定義,離子鞘的理論模型需結合泊松方程與玻爾茲曼關系進行數學描述: $$ frac{dphi}{dx} = -frac{e}{epsilon_0}(n_i - n_e) $$ 其中$phi$為電勢,$n_i$和$n_e$分别代表離子與電子密度。該微分方程的解析解揭示了鞘層厚度與德拜長度的定量關系。
離子鞘(英文:ion sheath,)是等離子體物理學中的重要概念,指在等離子體與固體表面接觸時形成的帶電粒子分布區域。以下是詳細解釋:
當等離子體接觸材料表面時,由于電子質量小、運動速度快,會優先被表面吸收,導緻表面附近形成正離子濃度遠高于電子的區域,稱為離子鞘層。這種電荷分離現象類似于電容器結構。
離子鞘的形成與德拜屏蔽效應相關,其厚度可通過德拜長度公式計算: $$ lambda_D = sqrt{frac{varepsilon_0 k_B T_e}{n_e e}} $$ 其中$varepsilon_0$為真空介電常數,$k_B$為玻爾茲曼常數,$T_e$為電子溫度,$n_e$為電子密度,$e$為元電荷。
在工業領域,離子鞘層直接影響等離子體源離子注入(PSII)效果:
注:如需更專業的等離子體鞘層動力學模型,可參考《等離子體物理學》相關教材。
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