專利名稱：多級式離子射流裝置與方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種航空航天技術領域和微電子技術領域的離子射流裝置 與方法，具體地說，涉及的是一種多級式離子射流裝置與方法。
背景技術：
離子推進器在航天技術中的作用非常重要，與固體或者液體化學火箭相比， 離子推進器具有十倍高的效率、十倍大的比沖、十倍高的有效噴射速度，并且有 長得多的運行時間，雖然化學火箭產(chǎn)生的推力比離子推進器高出幾個數(shù)量級，但 是上述特征使得離子推進器在飛行器的長距離太空飛行和姿態(tài)、軌道的微調(diào)整方 面有著更大的適應性。這是因為，由于離子推進器效率更高、運行時間更長，雖 然其推力小使得瞬時加速度小，進而使得飛行器在短時間內(nèi)不能達到化學火箭在
推動時所能達到的速度，但是，它可以使得飛行器在長得多的時間內(nèi)處于不斷加 速的狀態(tài)，因此，如果是長距離的行星際航行，使用離子推進器可以使得飛行器 達到比化學火箭推進時高得多的飛行速度，可以運行長得多的距離。另一方面， 由于飛行器姿態(tài)與軌道的調(diào)整需要非常高的控制精度，化學火箭所具有的大推力 特征便成了一個弊病，相反，小推力離子推進器則更容易作為精確控制飛行器飛 行姿態(tài)與軌跡的手段。
經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，美國專利申請?zhí)朥S 7,306,189，申請日 2007年8月2日，名禾爾"System and method for an ambient atmosphere ion thrnster"(—種常壓離子推進器的系統(tǒng)和方法)，介紹了一種可以工作于近地 軌道的離子推進器，其特征在于，它依靠使得近地空間中的H、 He、 0、 N等離子 在推進器電極中被加速，從而實現(xiàn)射流并提供給負載以推力、扭轉(zhuǎn)力等。其主要 結構包括一對離子可透入性的電極，在電極間施加電壓產(chǎn)生電場，加速環(huán)境中的 離子而不再進一步電離，或者進一步電離環(huán)境中的分子并將環(huán)境中的離子共同加 速，不必攜帶任何附加燃料，可以提供10,-10—4N數(shù)量級的推力。這種推進裝置
的應用范圍是狹窄的，只能在環(huán)境中存在一定電離度的氣體環(huán)境中才具有一定的
技術優(yōu)勢，當使用氙氣等工作氣體時，該結構僅僅是一對篩網(wǎng)狀電極，作為星際 航行用航天器的主推進器時并不具有明顯的技術優(yōu)勢。
真正在技術上最需要的離子推進器，必須在保證高比沖、長運行時間這兩個 特征的同時，具有一定的、化學火箭所具有的"爆發(fā)力"，亦即能夠在某些特殊 條件下，例如緊急制動條件下，變比沖輸出更大的推力，并且在航天器需要維持 軌道運行速度或者調(diào)整姿態(tài)時，在沒有或者只有極其微量的燃料供給的情況下， 能夠?qū)崿F(xiàn)能夠滿足要求的力或力矩輸出。上述文獻顯然不能提供滿足這樣要求的 推進器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種多級式離子射流裝置與方 法，適用于直接加速近地空間中的離子，也適用于常壓空氣中的離子射流，同時 可以用于電離和加速航天燃料，例如氙氣等。由于一維納米電極和準一維納米電 極等納電極陣的引入，使得電離過程能夠在更小的工作電壓進行，從而可以顯著 提高電離度，進而實現(xiàn)離子推進器更大的推力輸出。在常壓下，由于納電極陣的 引入，電離過程可以在更小的電壓下進行，從而大大拓展其應用領域。納電極陣 所造成的電場增強效應僅發(fā)生在納電極陣尖端部分鄰近區(qū)域，這就意味著，但由 于電離部分分散于多級結構之中，因此，相對于簡單的電極結構會極大地增加電 離幾率，顯著增加離子射流的電離度，而且，也可以增加電場加速作用的效率。
本發(fā)明是通過以下技術實現(xiàn)的
本發(fā)明所涉及的一種多級式離子射流裝置，包括第一加速電極、第二加速電 極和末端鏤空電極，第一加速電極和第二加速電極交替排列，構成多級電極結構， 每兩個相鄰的第一加速電極和第二加速電極之間，設置有絕緣層使得兩者相互絕 緣，末端鏤空電極位于多級電極結構的末端，末端鏤空電極和與其相鄰的第一加 速電極或者第二加速電極之間，設置有絕緣層使得兩者相互絕緣；
第一加速電極和第二加速電極都是由鏤空電極、極化電極陣列和電極支柱三 部分組成，每個第一加速電極的極化電極和與其相鄰的、并且與其電極支柱相接 觸的第二加速電極的鏤空電極之間，存在氣體間隙，相反，每個第二加速電極的 極化電極和與其相鄰的、并且與其電極支柱相接觸的第一加速電極的鏤空電極之 間，存在氣體間隙；
在第一加速電極和第二加速電極中，所述的極化電極陣列包括數(shù)量大于二的
多個分立的極化電極組成，每個分立的極化電極均位于鏤空電極未鏤空部分的表 面，每兩個分立的極化電極之間，存在氣體間隙使其相互隔離；
電極支柱或者是一個封閉的整體，或者是由多于兩個的分立的電極支柱組成 的陣列，每兩個分立的電極支柱之間，存在氣體間隙使其相互隔離，每個分立的 電極支柱位于鏤空電極表面未鏤空的部分，或者只是位于鏤空電極表面的邊緣部 分，或者位于鏤空電極表面的邊緣和其他部分；
對于任意兩個相鄰的第一加速電極和第二加速電極，鏤空電極的結構必須滿 足如下特征當氣體在第一加速電極或者第二加速電極的極化電極尖端被電離 后，能夠穿過相鄰加速電極的鏤空電極進入下一級加速電極的氣體間隙。
本發(fā)明所涉及的一種多級式離子射流方法，包括如下具體步驟
第一步形成多級式離子射流結構。
利用具有長徑比大于10的線狀、管狀或者帶狀的極化電極陣列尖端部分的 電場收斂效應，使得電極鄰近區(qū)域的電場強度增強，設置鏤空電極于極化電極陣 列尖端附近，從而構成電極間隙，鏤空電極局部鏤空并且至少在靠近極化電極一 側(cè)表面有絕緣層覆蓋，電極間隙中存在氣體；
采用多級式離子射流結構， 一個末端設置有極化電極陣列、另一個末端設置 有鏤空電極，在兩個末端之間設置有多個極化電極陣列和鏤空電極，形成多個所 述的電極間隙，氣體可以在各個電極間隙之間流通；
第二步給極化電極陣列和鏤空電極施加電壓，從而在電極間隙中產(chǎn)生電場， 使得電極間隙中處于極化電極陣列鄰近區(qū)域的氣體被部分地電離，正離子在電場 作用下向鏤空電極運動，從而帶動中性氣體分子或原子形成荷正電的流體；
在多級式離子射流結構中，通過設置各個極化電極陣列和鏤空電極上的加載 電壓的關系，使得一個電極間隙中形成的荷正電的流體在進入鄰近的電極間隙時 會被電場進一步加速，并且進一步電離，從而使其運動速度越來越快，直到流出 處于另一個末端的鏤空電極，形成離子射流。
第二步中，給極化電極陣列和鏤空電極施加電壓，并且極化電極陣列的電壓 高于鏤空電極的電壓，從而在電極間隙中產(chǎn)生電場，當電場強度大于氣體分子或 原子的場致電離閥值或與電子碰撞的電離閥值，并且小于產(chǎn)生熱平衡等離子體所 需要的電場強度閥值，電極間隙中處于極化電極陣列鄰近區(qū)域的氣體被部分地電 離，正離子在電場作用下向鏤空電極運動，從而帶動中性氣體分子或原子形成荷正電的流體；
第二步中，在多級式離子射流結構中，各個極化電極陣列和鏤空電極上的加 載電壓的關系具有如下特征從位于末端的極化電極陣列開始，加載電壓逐漸下 降，位于另一個末端的鏤空電極的加載電壓最低，從而使得一個電極間隙中形成 的荷正電的流體在進入鄰近的電極間隙時會被電場繼續(xù)加速，并且，當運動到與 其相鄰的另一個極化電極陣列尖端時，該流體中更多的氣體分子或原子會被電 離，從而增加荷正電流體的荷電量，進而增加電場加速的效果，以此類推，所述 的流體在每一個電極間隙中都會被進一步加速、進一步電離，從而使其運動速度 越來越快，直到流出處于另一個末端的鏤空電極，形成離子射流。
所述的極化電極陣列，其中每一個分立的極化電極的電極材料是導體性或者 半導體性的、長徑比大于10的大長徑比電極材料，電極材料具有帶狀、針狀、 管狀或者條狀的形狀特征，其中兩種電極材料是一維納米材料和準一維納米材 料，如果電極材料不是由原位制造工藝制備的，則電極材料與基片之間布置有單 層或多層的金屬層。
所述的一維納米材料，包括碳納米管、碳化硅納米線、金屬納米線、金屬氮 化物納米線或者金屬氧化物納米線中 一種。
所述的電極支柱和鏤空電極可以設置在一個基片上，并且彼此之間有電連 接，也可以設置在兩個不同的基片上。
所述的電極支柱，如果是半導體材料或者導體材料，則必須與鏤空電極之間 絕緣。
所述的鏤空電極，如果是半導體材料或者導體材料，則必須與電極支柱之間 絕緣，如果是絕緣材料，則在設置有極化電極陣列一側(cè)表面，沒有與電極支柱和 極化電極陣列接觸的范圍內(nèi)，布置有導體材料或者半導體材料薄膜，該薄膜與極 化電極陣列相連，并且，如果電極支柱不是絕緣材料或者表面沒有絕緣材料薄膜， 則與電極支柱絕緣。
所述的鏤空電極的鏤空部分和極化電極陣列中的每一個分立的極化電極必 須滿足下述關系在從垂直于鏤空電極表面的方向上觀察任意兩個相鄰的第一加 速電極和第二加速電極時，鏤空電極的鏤空部分在鏤空電極表面上的投影圖形， 必須能夠把每一個與其對應的分立的極化電極在鏤空電極表面上的投影圖形完 全包括，兩種投影圖形的外輪廓必須不相交、不相切，而是兩者之間存在間隙。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下的有益效果
首先，本發(fā)明提供的技術，利用納電極陣等大長徑比電極陣列所具有的、強 烈的電場收斂效應，使得碰撞電離和場致電離兩種電離機制能夠在更低的加載電 壓下發(fā)生，從而可以提高電場能量向粒子的離化能轉(zhuǎn)化的效率，在更小的加載電 壓下提高氣體的荷電量，從而提高氣體所受到的電場力的幅度，從而在更小的加 載電壓下就可以增加噴射裝置的功率。
其次，本發(fā)明提供的方法和結構設置方案，利用多級式加速電極的設置，使 得帶電粒子能夠更大限度地利用電極間隙中的電壓降，這是因為，大長徑比電極 的電場收斂效應集中在尖端的部分，而絕大部分電極高度上并沒有這種效應，因 此，如果是單級電極結構，那么，在電極間隙上所施加的電壓，并不能全部用于 荷電氣流的加速，因為氣體只是在尖端部分才因為部分電離而荷電。但是，在多 級式電極中，電壓分散地加載于各個電極，氣體在第一級加速電極尖端被電離并 荷電后，可以在到達下一級加速電極的極化電極尖端之前，即受到電場力的作用 而獲得更大的動能，因此，即便多級式的設置也并不能使得全部電壓加載有效轉(zhuǎn) 換為荷電流體的動能，但是可以顯著提高這一轉(zhuǎn)換效率。
再次，本發(fā)明所提供的方法和結構設置方案，能夠適用于環(huán)境中存在一定氣 壓的氣體但不存在足夠密度的離子的情況，例如地球大氣條件下；又可以適用于 環(huán)境中存在一定密度的離子，使得不必要加載過高電壓就可以實現(xiàn)離子加速和推 進的情況；同時又可以在基本上屬于真空的環(huán)境中，通過提供氣體燃料給離子加 速器，極化電極能夠使得氣體荷電并被加速，從而可以工作在真空環(huán)境中。因此， 本發(fā)明所提供的方法具有廣泛的應用前景，例如在航天領域，可以用于航天器的 星際航行，同時又可以滿足維持軌道運行速度和保持、改變運行姿態(tài)的情況中對 推進系統(tǒng)的要求。
最后，本發(fā)明所提供的方法所需的結構設置方案，能夠用微電子加工工藝制 造實現(xiàn)，因此可以大幅度提高結構參數(shù)控制精度，此外，利于小型化、微型化， 符合小型衛(wèi)星、微型飛行器領域的使用要求。


圖1為本發(fā)明多級式離子射流裝置結構示意其中，極化電極陣列l(wèi)、鏤空電極2、電極支柱3、第一加速電極4、第二加 速電極5和末端鏤空電極6。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護 范圍不限于下述的實施例。
實施例1
一種離子射流方法，具體步驟是
第一步，如圖1所示，形成多級式離子射流結構，級數(shù)為四級，每個加速電 極構成一級，每個加速電極均由一個硅片構成，多個第一加速電極和第二加速電 極交替排列，通過"氧化硅一氧化硅"鍵合形成最終的結構，本實施例涉及的多 級式離子射流裝置結構如下-
包括第一加速電極4、第二加速電極5和末端鏤空電極6，第一加速電極4 和第二加速電極5交替排列，構成多級電極結構，每兩個相鄰的第一加速電極4
和第二加速電極5之間，設置有絕緣層使得兩者相互絕緣，末端鏤空電極6位于 多級電極結構的末端，末端鏤空電極6和與其相鄰的第一加速電極4或者第二加 速電極5之間，設置有絕緣層使得兩者相互絕緣；
第一加速電極4和第二加速電極5都是由鏤空電極2、極化電極陣列l(wèi)和電 極支柱3三部分組成，每個第一加速電極4的極化電極1和與其相鄰的、并且與 其電極支柱3相接觸的第二加速電極5的鏤空電極2之間，存在氣體間隙，相反， 每個第二加速電極5的極化電極1和與其相鄰的、并且與其電極支柱3相接觸的 第一加速電極4的鏤空電極2之間，存在氣體間隙；
在第一加速電極4和第二加速電極5中，所述的極化電極陣列1包括數(shù)量大 于二的多個分立的極化電極組成，每個分立的極化電極均位于鏤空電極2未鏤空 部分的表面，每兩個分立的極化電極之間，存在氣體間隙使其相互隔離；
電極支柱3或者是一個封閉的整體，或者是由多于兩個的分立的電極支柱組 成的陣列，每兩個分立的電極支柱之間，存在氣體間隙使其相互隔離，每個分立 的電極支柱位于鏤空電極2表面未鏤空的部分，或者只是位于鏤空電極2表面的 邊緣部分，或者位于鏤空電極2表面的邊緣和其他部分；
對于任意兩個相鄰的第一加速電極4和第二加速電極5，鏤空電極2的結構 必須滿足如下特征當氣體在第一加速電極4或者第二加速電極5的極化電極尖 端被電離后，能夠穿過相鄰加速電極的鏤空電極2進入下一級加速電極的氣體間
隙。
極化電極陣列由定向生長的碳納米管陣列組成，碳納米管的平均直徑和平均 高度分別為10nm和30Wn。鏤空電極和電極支柱設置在同一個硅片上，硅片表面 在刻蝕后經(jīng)氧化，覆蓋有2Mm厚度的氧化硅絕緣層，鏤空電極是通過標準硅工藝 形成的"微坑"結構的陣列。在鏤空電極設置有碳納米管陣列一側(cè)的表面，沉積 有30nm/300nm的Cr/Au電極薄膜，第一和第二加速電極的鏤空電極圖形通過刻 蝕形成，兩者的結構所具有的特征，使得氣體能夠在極化電極尖端被電離后，即 穿過相鄰的鏤空電極進入下一級加速電極間隙。鏤空部分為圓形，直徑為80m。 極化電極陣列尖端與鏤空電極之間的平均距離為12Mffi。裝置噴口部分的直徑為 7cm，共有76個噴口。
第二步，在各級加速電極上的加載電壓分別為200V、 150V、 IOOV、 50V，末 端鏤空電極接地。測試在真空腔中進行，真空腔中氣體為常壓空氣，被抽至約 90Torr氣壓，由四對放電電極使得氣體被部分電離，0+和N+離子的數(shù)量密度均保 持在約104-107，3數(shù)量級的水平。
經(jīng)測量，推進裝置的輸出力約等于97微牛。
實施例2
一種離子射流方法，具體步驟是
第一步，如圖1所示，形成多級式離子射流裝置結構形式如實施例1。
第二步，在各級加速電極上的加載電壓分別為100V、 75V、 50V、 25V，末端 鏤空電極接地。測試在真空腔中進行，真空腔中氣體為常壓空氣，被抽至10—4Pa 的氣壓，通過真空腔的進氣口，設置一個柔性送氣道與離子射流裝置的入口處相 連，送入的氣體為N2氣，流速為5. lm/s，流出氣的流速為12.4m/s，質(zhì)量流速為 0.031g/s，經(jīng)測量，推力約為230微牛。
實施例1和2說明，本發(fā)明所提供的技術方案能夠在以一、兩百伏特量級的 加載電壓下，在存在局部電離的條件下輸出幾十微牛的推力，或者在有氣體燃料 輸入的條件下輸出幾百微牛的推力，如果進一步提高電壓并且增加射流裝置的級 數(shù)，推力輸出可以進一步增加。
實施例3
一種離子射流方法以在常壓下產(chǎn)生氣流，其具體步驟是
第一步，如圖1所示，形成多級式離子射流裝置結構形式如實施例1。第二步，在各級加速電極上的加載電壓分別為200V、 150V、 IOOV、 50V，末 端鏤空電極接地。測試在常壓空氣中進行，測試時裝置被安裝在滑軌上，以 0.001m/s的速度沿平行于測試平臺方向運動，進氣的加速電極處于運動方向上 的前端，測量射流出口處的流速為9. 3m/s，質(zhì)量流速為0. 079g/s。
與一個常規(guī)的離子風產(chǎn)生裝置相比，該裝置是由間隙為350微米、針尖最小 直徑20微米的針狀電極式電暈放電結構組成的，其較穩(wěn)定的工作電壓在 4200-4900V之間，離子射流產(chǎn)生的離子風流速約為2.7m/s?？梢?，本發(fā)明所提 供的技術方案能夠在更小的加載電壓下，提供更大的離子射流速度。
以上的實施例說明，本發(fā)明所提供的技術方案，能夠提高電離效率，降低工 作電壓，在多種氣體一等離子體環(huán)境下工作，具有廣闊的應用。
權利要求
1. 一種多級式離子射流裝置，其特征在于，包括第一加速電極、第二加速電極和末端鏤空電極，第一加速電極和第二加速電極交替排列，構成多級電極結構，每兩個相鄰的第一加速電極和第二加速電極之間設置有絕緣層使得兩者相互絕緣，末端鏤空電極位于多級電極結構的末端，末端鏤空電極和與其相鄰的第一加速電極或者第二加速電極之間設置有絕緣層使得兩者相互絕緣；第一加速電極和第二加速電極都是由鏤空電極、極化電極陣列和電極支柱三部分組成，每個第一加速電極的極化電極和與其相鄰的、并且與其電極支柱相接觸的第二加速電極的鏤空電極之間，存在氣體間隙，相反，每個第二加速電極的極化電極和與其相鄰的、并且與其電極支柱相接觸的第一加速電極的鏤空電極之間，存在氣體間隙；在第一加速電極和第二加速電極中，所述的極化電極陣列包括數(shù)量大于二的多個分立的極化電極組成，每個分立的極化電極均位于鏤空電極未鏤空部分的表面，每兩個分立的極化電極之間，存在氣體間隙使其相互隔離；對于任意兩個相鄰的第一加速電極和第二加速電極，鏤空電極的結構必須滿足如下特征當氣體在第一加速電極或者第二加速電極的極化電極尖端被電離后，能夠穿過相鄰加速電極的鏤空電極進入下一級加速電極的氣體間隙。
2. 如權利要求1所述的多級式離子射流裝置，其特征是，所述的一維納米 材料，包括碳納米管、碳化硅納米線、金屬納米線、金屬氮化物納米線或者金屬 氧化物納米線中一種。
3. 如權利要求1所述的多級式離子射流裝置，其特征是，所述的電極支柱 和鏤空電極設置在一個基片上，并且彼此之間有電連接，或者設置在兩個基片上。
4. 如權利要求1或3所述的多級式離子射流裝置，其特征是，所述的電極 支柱，如果是半導體材料或者導體材料，則必須與鏤空電極之間絕緣。
5. 如權利要求1或3所述的多級式離子射流裝置結構，其特征是，所述的電 極支柱是一個封閉的整體，或者是由多于兩個的分立的電極支柱組成的陣列，每 兩個分立的電極支柱之間，存在氣體間隙使其相互隔離，每個分立的電極支柱位 于鏤空電極表面未鏤空的部分，或者只是位于鏤空電極表面的邊緣部分，或者位 于鏤空電極表面的邊緣和其他部分，
6. 如權利要求1所述的多級式離子射流裝置，其特征是，所述的鏤空電極， 如果是半導體材料或者導體材料，則必須與電極支柱之間絕緣，如果是絕緣材料， 則在設置有極化電極陣列一側(cè)表面，沒有與電極支柱和極化電極陣列接觸的范圍 內(nèi)，布置有導體材料或者半導體材料薄膜，該薄膜與極化電極陣列相連，并且， 如果電極支柱不是絕緣材料或者表面沒有絕緣材料薄膜，則與電極支柱絕緣。
7. 如權利要求1所述的多級式離子射流裝置，其特征是，所述的鏤空電極的 鏤空部分和極化電極陣列中的每一個分立的極化電極必須滿足下述關系:在從垂 直于鏤空電極表面的方向上觀察任意兩個相鄰的第一加速電極和第二加速電極 時，鏤空電極的鏤空部分在鏤空電極表面上的投影圖形，必須能夠把每一個與其 對應的分立的極化電極在鏤空電極表面上的投影圖形完全包括，兩種投影圖形的 外輪廓之間存在間隙。
8. —種多級式離子射流方法，其特征在于包括如下步驟第一步利用具有長徑比大于10的線狀、管狀或者帶狀的極化電極陣列尖 端部分的電場收斂效應，使得電極鄰近區(qū)域的電場強度增強，設置鏤空電極于極 化電極陣列尖端附近，從而構成電極間隙，鏤空電極局部鏤空并且至少在靠近極 化電極一側(cè)表面有絕緣層覆蓋，電極間隙中存在氣體，形成多級式離子射流結構；利用多級式離子射流結構， 一個末端設置有極化電極陣列、另一個末端設置 有鏤空電極，在兩個末端之間設置有多個極化電極陣列和鏤空電極，形成多個所 述的電極間隙，氣體可以在各個電極間隙之間流通；第二步給極化電極陣列和鏤空電極施加電壓，從而在電極間隙中產(chǎn)生電場， 使得電極間隙中處于極化電極陣列鄰近區(qū)域的氣體被部分地電離，正離子在電場 作用下向鏤空電極運動，從而帶動中性氣體分子或原子形成荷正電的流體；在多級式離子射流結構中，通過設置各個極化電極陣列和鏤空電極上的加載 電壓的關系，使得一個電極間隙中形成的荷正電的流體在進入鄰近的電極間隙時 會被電場進一步加速，并且進一步電離，從而使其運動速度越來越快，直到流出 處于另一個末端的鏤空電極，形成離子射流。
9. 根據(jù)權利要求8所述的多級式離子射流方法，其特征是，第二步中，給極 化電極陣列和鏤空電極施加電壓，并且極化電極陣列的電壓高于鏤空電極的電 壓，從而在電極間隙中產(chǎn)生電場，當電場強度大于氣體分子或原子的場致電離閥 值或與電子碰撞的電離閥值，并且小于產(chǎn)生熱平衡等離子體所需要的電場強度閥 值，電極間隙中處于極化電極陣列鄰近區(qū)域的氣體被部分地電離，正離子在電場 作用下向鏤空電極運動，從而帶動中性氣體分子或原子形成荷正電的流體。
10.根據(jù)權利要求8所述的多級式離子射流方法，其特征是，第二步中，在 多級式離子射流裝置結構中，各個極化電極陣列和鏤空電極上的加載電壓的關系 具有如下特征從位于末端的極化電極陣列開始，加載電壓逐漸下降，位于另一 個末端的鏤空電極的加載電壓最低，從而使得一個電極間隙中形成的荷正電的流 體在進入鄰近的電極間隙時會被電場繼續(xù)加速，并且，當運動到與其相鄰的另一 個極化電極陣列尖端時，該流體中更多的氣體分子或原子會被電離，從而增加荷 正電流體的荷電量，進而增加電場加速的效果，以此類推，所述的流體在每一個 電極間隙中都會被進一步加速、進一步電離，從而使其運動速度越來越快，直到 流出處于另一個末端的鏤空電極，形成離子射流。
全文摘要
本發(fā)明公開一種航空航天技術領域和微電子技術領域的多級式離子射流裝置與方法。所述裝置包括第一、第二加速電極和末端鏤空電極，第一和第二加速電極交替排列，構成多級電極結構，每兩個相鄰的第一和第二加速電極之間設置有絕緣層使得兩者相互絕緣，末端鏤空電極位于多級電極結構的末端，末端鏤空電極和與其相鄰的第一加速電極或第二加速電極之間設置有絕緣層使得兩者相互絕緣。所述方法利用極化電極陣列尖端部分的電場收斂效應，使得電極鄰近區(qū)域的電場強度增強，從而電離鄰近區(qū)域的氣體分子，采用多級式離子射流裝置結構，施加電壓，形成離子射流。本發(fā)明能夠提高電離效率，降低工作電壓，在多種氣體—等離子體環(huán)境下工作。
文檔編號B64G1/22GK101381005SQ200810201599
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月23日 優(yōu)先權日2008年10月23日
發(fā)明者侯中宇, 蔡炳初 申請人:上海交通大學