平行平板等离子清洗机的鞘层模型是什么样子？
文章导读：等离子清洗机作为等离子体的反应器，尤其是真空（低压）等离子清洗机的等离子体鞘层的研究，一直以来都是重要而活跃方向，特别是可以结合计算机模拟手段的研究方法等离子体粒子模拟（Particle-in-cell computer modeling）对该理论的推进作用是比较显著，今天我们通过简化的图形初步来了解一下平行平板等离子清洗机的鞘层模型。
我们都知道，在等离子清洗机的等离子体与金属、电介质等固体接触的交界区域会形成被称为鞘层（sheath）的空间电荷层（ne≠ni）。通常，鞘层的厚度约为德拜长度的数倍。 具体地讲，由于电子比离子扩散得快，于是容器壁上就会累积负电荷。屏蔽这些负电荷形成的电场，需要在与德拜长度相当的区域内形成正的空间电荷层（正离子鞘层）。
平行平板真空（低压）等离子清洗机的等离子体反应腔体（真空腔体），用一个轴对称的中心馈入头接地的高频电源去激发平行平板电极的等离子体反应腔体（真空腔体），如图1所示
图1 垂直平行平板电极放电模拟状态
图2 对此激励的高频辉光放电中相位
相差180°的两个相角处的鞘层和电位分布
图3 激励高频放电的功率密度和电子数密度分布曲线
平行平板真空（低压）等离子清洗机的等离子体反应腔体（真空腔体），用一个轴对称的中心馈入头接地的高频电源去激发平行平板电极的等离子体反应腔体（真空腔体），如图1所示
图1 垂直平行平板电极放电模拟状态
电位与位置和时间的关系曲线图见图2所示，黄色线表示相位角θ=0时的电位分布；而橙色线则对应于相位角θ=π时的情况。由于真空（低压）等离子清洗机的等离子体反应腔体（真空腔体）高频源对称连接，所产生的等离子体和鞘层也是对反应腔体（真空腔体）中心面呈对称分布。计算机离子体粒子模拟研究表明，这个时候，在平板反应腔体（真空腔体）的中心存在着准中性的等离子体，其电场强度相当低；在平行平板腔体（真空腔体）的能量耗散也很低，而在等离子体两边的两个鞘层内，电位和电场为振荡型。
图2 对此激励的高频辉光放电中相位
相差180°的两个相角处的鞘层和电位分布
在平行平板腔体（真空腔体）中的得到的功率密度和电子数密度是对称分布的，因为在鞘层中电场很强，因此在这个区域中有大量的高频功率转换到等离子体的电子上。然而电子在x方向上来回振荡运动，把它们在鞘层中所获得的速度带进等离子体的内部并在那里耗散掉，中心电子数密度常常是最高的。如果趋肤深度和电子-中性粒子平均自由程不太小，则在鞘层中的电子数密度相当低。如下图3所示
图3 激励高频放电的功率密度和电子数密度分布曲线
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