Towards a Microscopic Theory of Particle Charging

Bronold, F. X.; Fehske, Holger; Kersten, Holger; Deutsch, Hans‐Peter

doi:10.1002/ctpp.200910028

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“…Thus, the development of temperature diagnostics for micro-particles is not only beneficial for the improvement of plasma technology, but could also enhance the understanding of plasma-particle interactions [8,9]. Daugherty and Graves measured particle temperatures in a pulsed rf discharge in argon [10] by observation of the decay time of fluorescent particles during the plasma-off phase.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Temperature of Particulates in Low‐Pressure rf‐Plasmas in Ar, Ar/H₂ and Ar/N₂ Mixtures

Maurer

Basner

Kersten

2010

Contrib. Plasma Phys.

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The temperature of micro-particles, confined in the sheath of a capacitively coupled low-pressure rf-discharge in front of an Adaptive Electrode, has been measured for different plasma conditions and in different gas mixtures by using temperature-dependent optical features of the particles. In the range from 10 to 50 Pa, the temperature increase with rising discharge power is found to be more pronounced at low pressures than at higher pressures. Addition of molecular gases to the argon-plasma may either result in a temperature decrease (as in the case of nitrogen) or in additional heating of the particles (when hydrogen is added). The measured particle temperature is discussed with respect to appearing plasma-particle interactions which contribute to the particle's energy balance.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Temperature of Particulates in Low‐Pressure rf‐Plasmas in Ar, Ar/H₂ and Ar/N₂ Mixtures

Maurer

Basner

Kersten

2010

Contrib. Plasma Phys.

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“…The charging of nanoparticles in plasmas is still actively researched (cf. for example [44][45][46][47]) and no complete general theory has been developed, even if one restricts the theory to the charging of nanoparticles in low-temperature plasmas. The theory for charging of nanoparticle in low-temperature plasmas with the highest acceptance is the so-called orbit motion limit (OML) theory.…”

Section: Charging Of Nanoparticles In Plasmasmentioning

confidence: 99%

Nanoparticle forming reactive plasmas: a multidiagnostic approach

et al. 2018

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Ich versichere an Eides statt, dass diese Dissertation, außer der Beratung durch meine Betreuer, nach Inhalt und Form meine eigene Arbeit ist. Die Arbeiten Dritter habe ich entsprechend gekennzeichnet. Des Weiteren versichere ich, dass diese Arbeit weder in Gänze noch in Teilen im Rahmen eines Prüfungsverfahrens vorgelegen hat, veröffentlicht worden ist oder zur Veröffentlichung eingereicht wurde. Zudem versichere ich, dass die Arbeit unter Einhaltung der Regeln guter wissenschaftlicher Praxis der Deutschen Forschungsgemeinschaft entstanden ist. Ort, Datum Unterschrift I would have written a shorter thesis, but I did not have the time. free after Blaise Pascal VII Kurzfassung Diese Arbeit fasst Experimente, die im Rahmen des Sonderforschungsbereiches TR24-Grundlagen komplexer Plasmen erzielt wurden, zusammen. Präziser ausgedrückt fasst diese Arbeit Experimente zusammen, deren Ziel die Untersuchung der Bildung von Nanopartikeln in reaktiven Plasmen und der Wechselwirkung der dispergierten Nanopartikel mit der Entladung war. Dazu wurde ein multidiagnostischer Ansatz verwendet. Der multidiagnostische Ansatz machte die Entwicklung eines neuen Plasmareaktors notwendig. Trotz seiner kleinen Größe können am sogenannten 'Pequod'-Reaktor eine Reihe von verschiedenen Diagnostiken installiert werden. Der untersuchte Entladungszyklus ist in drei Phasen (I-III) unterteilt worden. Das Sammeln von Nanopartikeln aus der Entladung hat gezeigt, dass sich schon 2 Sekunden nach Zündung der Entladung Nanopartikel gebildet haben. Die konventionelle orbit motion limit (OML)-Theorie wurde um die Schottky-Emission von heißen Nanopartikeln erweitert, um die Verzögerung der Aufladung bis zum Beginn der Phase II circa 9 s nach Zündung der Entladung zu erklären. Der Anstieg des Anregungsgrades während Phase II wurde als ein Anstieg der Elektronentemperatur T e interpretiert, der den Abfall der freien Elektronendichte n e überwiegt. Simulationen deuten daraufhin, dass Coulomb-Stöße die Elektronenstoßfrequenz für Impulsverlust ν m e beeinflussen können. The Dynamik der Hochspannungsrandschicht an der getriebenen Elektrode deutet an, dass die mit Nanopartikeln gefüllte Entladung sich zumindest zum Teil wie eine elektronegative Entladung verhält. Während Phase III werden die Veränderungen, die während Phase II beobachtet wurden, umgekehrt. Es wurde spekuliert, dass dies durch eine Neuanordnung des Nanopartikel-Ensembles und den Verlust von Nanopartikeln verursacht wird. Das Wachstum der 1. Partikelgeneration kann in zwei Bereiche unterteilt werden. Das Wachstum großer Nanopartikel wird durch Oberflächenabscheidung dominiert, wohingegen das Wachstum kleinerer Nanopartikel durch einen anderen Mechanismus dominiert wird. Ein simples Modell basierend auf binärer Koaleszenz von Nanopartikeln wurde benutzt, um das Wachstum der kleinen Nanopartikel zu erklären. Die Aussichten für den Einsatz von Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS) als Diagnostik wurden untersucht, indem Streuexperimente an eingeschlossenen Nanopartikel-Ensemblen durchgeführt wurden. Bed...

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“…Several studies addressed the grain temperature, both theoretically [39][40][41][42] and experimentally [33,34,[43][44][45][46][47]. For example, Daugherty and Graves measured the temperature-dependent decay time of the fluorescence of manganese activated magnesium fluorogermanate particles in a pulsed argon discharge during the plasma-off phase [43].…”

Section: Particles In a Plasma Environment And The Measurement Of Thementioning

confidence: 99%

On the heating of nano- and microparticles in process plasmas

Maurer¹,

Kersten²

2011

J. Phys. D: Appl. Phys.

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Determination and understanding of energy fluxes to nano-or microparticles, which are confined in process plasmas, is highly desirable because the energy balance results in an equilibrium particle temperature which may even initiate the crystallization of nanoparticles. A simple balance model has been used to estimate the energy fluxes between plasma and immersed particles on the basis of measured plasma parameters. Addition of molecular hydrogen to the argon plasma results in additional heating of the particles due to molecule recombination. The measured particle temperature is discussed with respect to appearing plasma-particle interactions which contribute to the particle's energy balance.

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Towards a Microscopic Theory of Particle Charging

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Temperature of Particulates in Low‐Pressure rf‐Plasmas in Ar, Ar/H₂ and Ar/N₂ Mixtures

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Nanoparticle forming reactive plasmas: a multidiagnostic approach

On the heating of nano- and microparticles in process plasmas

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