1.等离子体活性粒子与绝缘材料表面作用的仿真方法,其特征在于,步骤包括:
步骤1,建立等离子体的二维流体模型,获得等离子体的演化特性及时空分布,从而获得作用到绝缘材料表面的活性粒子的种类和组分;
步骤1具体的为:首先用零维全局模型研究等离子体的化学过程,在零维全局模型的基础上,提取关键粒子和关键化学反应,建立二维流体模型,通过对二维流体模型求解获得等离子体的演化特性及时空分布,从而获得作用到绝缘材料表面的活性粒子的种类和组分;
所述零维全局模型包括质量守恒方程和能量守恒方程,如式(1)和(2)所示:
R L
式中,ni为第i种粒子的数密度,aij和aij分别为第j个反应中第i种粒子在化学反应方L程右边和左边的化学计量数,kj为反应速率常数,nl为第j个反应方程左边的第l个粒子的数密度,ne为电子数密度,kB为玻尔兹曼常数,Te为电子温度, 和 分别为电流密度和电场,νm,i为第i种粒子的电子动量转移碰撞频率,me为电子质量,mi和Ti分别为第i种粒子的质量和温度,kl为第l个电子碰撞反应的反应速率常数,Nl为第l个电子碰撞反应中中性粒子的数密度,Δεl为第l个电子碰撞反应的能量损失;
所述二维流体模型的控制方程包括Navier‑Stokes方程、迁移‑扩散方程及泊松方程,如式(3)~(7)所示:式中,Di为第i种粒子的扩散系数,qi为第i种粒子的电荷,μi为第i种粒子的迁移率, 为电场,Si为方程的源相,由化学反应方程组成,nε为电子能量,Dε为电子能量扩散系数,με为电子能量迁移率,σ为电导率,ki为反应速率常数,Δεj为第j个电子碰撞反应的能量损失,Rj为第j个反应的反应率,ρ为气体密度,为气体流速,p为压力, 为单位阵, 为洛伦兹力,V为外施电压,ρq为电荷密度,εr和ε0分别为相对介电常数和真空介电常数;
通过联立求解式(3)~(7)可以获得等离子体的演化特性及时空分布,从而获得作用到绝缘材料表面的活性粒子的种类和组分;
步骤2,通过步骤1得到的活性粒子的种类和组分建立等离子体与绝缘材料表面作用的反应分子动力学模型,使模型体系达到平衡态并将模型导入Lammps分子动力学模拟软件,选择ReaxFF力场来计算等离子体与绝缘材料的化学反应机理;
所述步骤2中采用Material Studio软件建立等离子体与绝缘材料表面作用的反应分子动力学模型;分别在NVT系综和NPT系综下弛豫100ps从而使模型体系达到平衡态,所述NVT系综包括原子数恒定、体积恒定和温度恒定,所述NPT系综包括原子数恒定、压强恒定和温度恒定;
所述ReaxFF力场的公式为:
Esystem=Ebond+Elp+Eover+Eunder+Eval+Epen+Etors+Econj+EH‑bond+EvdWaals+Ecoulomb (8)式中,Ebond为键能,Elp为孤对电子项,Eover为过配位的能量矫正项,Eunder为低配位的能量矫正项,Eval为价角能量项,Epen为惩罚能量项,Etors为扭转能量项,Econj为分子的共轭作用项,EH‑bond为氢键作用项,EvdWaals为非键范德华力作用项,Ecoulomb为非键库伦力作用项;
步骤3,将等离子体与绝缘材料表面作用的反应分子动力学模型在NVT系综下重复运行,计算等离子体处理前后绝缘材料的相对介电常数,通过相对介电常数判断绝缘材料积聚表面电荷的性能。
2.如权利要求1所述的等离子体活性粒子与绝缘材料表面作用的仿真方法,其特征在于,所述步骤3中绝缘材料的相对介电常数计算公式如式(9):2
式中,V为体积,T为温度,ε0为真空介电常数,M为体系在一个时间步的偶极矩,
体系运行轨迹中的每一个采样的偶极矩依次二次方后加和再平均,