结合流体动力学介电模型以及尺寸依赖介电模型,提出了一种可用于描述金属纳米结构中表面等离激元非局域和尺寸效应的介电理论模型。利用不同介质模型对半径为1~100 nm的银纳米球进行电子能量损失特性和光学特性的仿真对比,结果表明该理论模型可在较大的能量范围(1~5 eV)和尺寸范围(2~200 nm)内,兼容有效地反映出局域、非局域、尺寸、甚至是类量子尺寸等效应对金属纳米结构表面等离激元特性的影响作用。同时,研究结果还有助于理解表面等离激元在纳米尺度上的共振模式、能量分布机理和动态演化机制,为等离激元器件的开发设计提供了参考。

为了研究聚四氟乙烯材料(PTFE)在空间粒子环境中放电规律及其影响因素, 通过实验获得了高真空低能电子辐照下PTFE高压直流沿面闪络电压, 并采用等温电位衰减法测试了PTEE在辐照前及辐照后的陷阱密度, 分析了影响PTEE沿面闪络电压的因素。研究结果表明: 相比于无辐照时PTFE沿面闪络电压, 当辐照电子能量为19～25 keV时, 闪络电压明显更高; 在电子束流密度不变的情况下, 电子能量越高, 材料表面正电荷密度越小, 陷阱密度与电导率越大, 电场畸形程度越小, 因此闪络电压升高; 当电子能量一定时, 束流密度越高, 初始电子数量和二次电子数量越多, 因此闪络电压降低。

利用格林函数推导出金属纳米结构电子能量损失谱的计算公式，基于时域有限差分方法对几种典型的结构进行建模仿真，数值模拟运动电荷和结构的距离、液晶环境材料对电子能量损失谱的调节作用.仿真结果表明: 当增加电子与纳米结构的距离时，电子能量损失谱谱峰降低; 当添加液晶材料或各向同性衬底材料时，电子能量损失谱的峰值发生明显红移，但液晶的光轴倾角改变对峰值的调制作用有限.通过计算电子能量损失谱研究金属纳米结构表面等离子激元共振特性，为高度复杂的等离子体激元纳米结构的设计提供了理论基础.

用光谱响应测试仪得到了反射式梯度掺杂GaN光电阴极在激活和衰减过程中的光谱响应曲线, 发现此曲线不断发生变化。在激活过程中光谱响应不断提高,且长波响应提高较快;衰减过程中光 谱响应不断下降,长波响应下降得更快。结果表明:光谱响应曲线的变化与光电阴极高能光电子的 逸出有关。GaN光电阴极发射的电子能量分布随入射光子能量升高而向高能端偏移,阴极表面势垒 形状的变化对低能光激发电子的影响更大,导致光谱响应曲线随入射光波长改变而产生了不同的变化。

理论分析了收集极中运动电子的失能机制和电子能量对电子束能量沉积的影响,用蒙特卡罗方法计算了不同能量下入射电子的能量沉积分布,分析了电子能量对电子束在收集极中能量沉积的影响,并据此提出了提高收集极耐电子束轰击能力的两种途径。结果表明：激发和电离是收集极中入射电子的主要失能机制；电子的能量越高,在材料中的穿透能力越强,收集极中被收集电子束的最大能量沉积密度越低。综合考虑束流密度分布对能量沉积的影响,可通过两种途径来提高收集极耐电子束轰击的能力：一是通过结构设计增大电子束的收集面积,减小收集极上被收集电子束的束流密度；二是设计高阻抗器件,增大被收集电子束的电子能量,减小收集极上被收集电子束的束流密度。

脉冲电晕放电过程中OH自由基等活性基团的空间分布特性对燃煤烟气污染物的氧化脱除具有重要作用。为了探索脉冲电晕放电污染物控制技术的机理, 采用激光诱导荧光法检测线板式反应器内部脉冲电晕放电过程中OH自由基的空间二维分布特性, 主要研究了不同相对湿度和含氧量对OH自由基空间二维分布特性的影响。实验表明, 脉冲电晕放电过程中OH自由基主要存在于线电极下方的区域中, 并以线电极为中心面向板电极呈现扇形分布, 并且其扇形分布区域的纵向长度和横向宽度的最大值均小于1 cm; 相对湿度的增大有利于OH自由基的生成, 促进OH自由基空间二维分布区域面积的扩大, 当相对湿度为65%时OH自由基的空间二维分布区域面积达到最大值; 当含氧量为2%时最有利于OH自由基的生成, 并且OH自由基的空间二维分布区域面积达到最大值, 当含氧量超过15%时对OH自由基的生成及其空间二维分布主要起抑制作用。同时, 相对湿度和含氧量的增加均提高了激发态OH自由基中猝灭部分所占的比重, 从而降低了OH自由基的荧光产率, 其中含氧量对OH自由基荧光产率和OH自由基空间二维分布的影响作用大于相对湿度。

采用发射光谱法测量了线板式脉冲电晕放电中激发态氮气分子N*2和离子N+2的光谱强度, 并与数值计算获得的结果进行对比, 确定放电电场的空间分布及平均电子能量。 水平与竖直方向离开线电极0～2 cm, 随着距离的增加, 平均电子能量和电场均呈先减后增的变化趋势; 放电电场变化范围11.05~19.6 MV·m-1, 对应的平均电子能量的变化范围10.10~13.92 eV。 这一能量水平的电子足以与O2, H2O分子碰撞产生O, OH自由基, 并进一步反应生成O3。 在NO氧化过程中, NO可与OH自由基共存, 但不能与O3共存; 且O3或O氧化NO的效率高于OH自由基, 推断O3或O在NO的氧化过程中起关键作用。

测量了大气压环境下氩气空心针—板放电等离子体中原子与分子谱线强度的空间分布， 分析了等离子体中电子能量的空间分布。 实验利用空心针—板放电装置， 得到了约3 cm长的放电等离子体弧。 在300～800 nm范围内采集发射光谱， 发现了强度较高的ArⅠ谱线、 N2第二正带系谱线Ｃ ３Πｕ（ν′＝０）→Ｂ ３Πｇ（ν″＝０）以及强度较弱的OⅠ谱线。 实验测量了Ｎ２谱线（337.1， 357.6及380.4nm）、 氩原子谱线（696.54， 763.51， 772.42及794.82 nm）和OⅠ 777.2 nm谱线强度的空间分布， 结果表明: 氮分子谱线强度由弧根开始逐渐升高， 当距离弧根12 mm时强度达到最大值并开始下降; 氩原子谱线强度由弧根到弧梢逐渐降低; 氧原子谱线强度从弧根开始逐渐升高， 当距离弧根6 mm时强度达到最大值并开始下降。 定性地讨论了等离子体弧中电子能量分布， 发现距离弧根为6 mm处电子能量最高， 而弧根处电子能量最低。

基于磁荷模型，在有限差分法基础上，推导了3维永磁体数值算法，结合全3维PIC/MCC粒子模拟算法，数值分析比较了外置型和“伞状”型两种特殊形态多峰磁场对电子能量沉积的影响。模拟结果表明:二者都能对粒子起到约束作用且能过滤引出负氢离子，同时二者电子能量分布规律基本一致，都呈现了双电子能态，符合等离子体放电基本机理；外置型过滤磁场对粒子的约束能力更强，能明显产生更多的粒子，总粒子数大约是“伞状”型过滤磁场情况下的4倍;“伞状”型过滤磁场能有效地抑制由磁场不均匀所引起的电子漂移，使产生的负氢离子空间分布更均匀。模拟结果与国外实验结果基本一致。

离子束辅助镀膜沉积过程中，绝缘薄膜表面的电荷积累效应严重影响了薄膜质量。通过对宽束冷阴极离子源引出栅部分的改进，采用分时引出电子和离子方法，使正负电荷中和，以消除薄膜表面的放电现象，并对引出电子束的束流密度、能量、发射角等参数进行了测试。实验结果表明：在引出电压为600V时，电子的平均能量为100eV左右；引出电子束的发射角可以达到±40°，在±15°范围内的束流密度波动小于±5%。引出电子的束流密度较同参数下的离子束流密度小，通过调节脉冲电源的占空比，可达到很好的中和效果。