Numerical simulation of nanoparticles coagulation in RF-discharge

Abstract

This paper presents the simulation results of nanoscale dust particles coagulation in capacitive radio-frequency discharge of low pressure in argon. Simulations carried out under the self-consistent kinetic model that takes into account the stochastic nature of the process of dust particles charging and their coagulation using general dynamic equations for aerosols. We analyze the distribution of dust particles by size and charge at different distances from the electrodes. It is shown that a significant number of dust particles of opposite charges present in sheaths, which improves the process of their coagulation, compared with the central region inter-electrode gap. It is shown that the presence of dust particles increases the concentration of electrons in the discharge, as well as increases the average electric potential drop in sheaths.

Представлены результаты компьютерного моделирования коагуляции наноразмерных пылевых частиц в ёмкостном радиочастотном разряде низкого давления в аргоне. Расчёты проведены в рамках самосогласованной кинетической модели, которая учитывает стохастическую природу процесса зарядки пылевых частиц, а также их коагуляцию при помощи общих динамических уравнений для аэрозолей. Анализируется распределение частиц по заряду и размеру на различных расстояниях от электродов. Показано, что на краях приэлектродных слоёв присутствует значительно большее количество пылевых частиц с противоположными зарядами, в сравнении с центральной областью межэлектродного промежутка, что значительно улучшает процесс их коагуляции. Проанализировано влияние пылевых частиц на параметры разрядной плазмы. Показано, что наличие пылевых частиц приводит к увеличению концентраций электронов в разряде, а также к увеличению скачков усреднённого электрического потенциала на приэлектродных слоях.

Представлені результати комп’ютерного моделювання коагуляції нанорозмірних пилових частинок в ємнісному радіочастотному розряді низького тиску в аргоні. Розрахунки проведені в рамках самоузгодженої кінетичної моделі, яка враховує стохастичну природу процесу зарядки пилових частинок, а також їх коагуляцію за допомогою загальних динамічних рівнянь для аерозолів. Аналізується розподіл пилових частинок по заряду та розміру на різних відстанях від електродів, а також вплив пилових частинок на властивості розряду. Показано, що в приелектродних шарах присутні значна кількість пилових частинок протилежних зарядів, в порівнянні з центральною областю міжелектродного проміжку, що значно прискорює процес їх коагуляції. Проаналізовано вплив пилових частинок на параметри розрядної плазми. Показано, що наявність пилових частинок приводить до збільшення концентрацій електронів в розряді, а також до збільшення стрибків усередненого електричного потенціалу на приелектродних шарах.