CST入門05-CST材料庫和材料屬性詳細介紹（4）
來到Particle粒子頁：
Volume transparency settings：
設置的粒子是否可以穿透體的性質。三種設置分別是：
Automatic：軟件根據(jù)材料特性自行判斷。PEC(完美導體)類型的材料粒子無法穿透。相對介電常數(shù)和磁導率相等的Normal材料視為真空，粒子可以穿透。當這個判據(jù)不符合使用需求時，手動選擇輸入特性。
Transparent：粒子可以穿透該材料。
Non-transparent：粒子不可以穿透該材料。
Ionization
電離是可以用CST粒子工作室中的PIC求解器模擬的物理過程之一。包括電子碰撞電離的蒙特卡羅(MC)模型，電子-中性原子碰撞隨機發(fā)生，產生離子-電子對。
方法假設中性單原子氣體背景占據(jù)了整個背景空間。氣體密度、壓力和溫度在空間上是均勻的，它們不受電離過程的影響。
碰撞頻率取決于氣體密度、碰撞截面和入射粒子與目標粒子之間的相對速度。
碰撞截面取決于入射粒子的能量。由于入射粒子是電子，目標粒子是中性原子，假設電子速度快得多，因此中性原子速度被忽略。通過導入能量和截面的table形式函數(shù)定義。
關于碰撞軟件假設:
1. 碰撞單獨發(fā)生。
2. 碰撞以恒定的速率發(fā)生，這個速率由碰撞頻率給出。
3.兩種碰撞不可能在同一時間發(fā)生。求解器的時間步長是有限的，在一個步長中可以發(fā)生任意多個碰撞。
4. 在某一時間間隔內發(fā)生碰撞的概率與該時間間隔長成比例。
在電離碰撞模型中，二次離子電荷的絕對值等于電子電荷的絕對值。動量和電流是守恒的。能量不守恒。只有當入射粒子是電子，且入射電子能量大于電離閾能時，碰撞才會發(fā)生。
離子的速度分布遵循Maxwell-Boltzmann分布。分布由設置的離子溫度來表征的，這里假定就等于氣體溫度。
低能電子的散射近似各向同性，而隨著能量的增加，散射變得越來越各向異性
Enable：這里打鉤開啟碰撞電離。
打開Settings對話框
Ionization cross-section import：打開導入對話框。橫截面數(shù)據(jù)可以從文本文件中導入。
文本格式一般是能量eV和截面積m^2。軟件從文本中得到臨界值。如下例則16eV時電離效應產生。
Ion mass：電離產生的離子的質量。使用原子質量單位(u)輸入。1 u = 1/NA 克 = 1/(1000 NA) 千克 (NA為阿伏伽德羅常數(shù)) =1.66053886×10^-27 kg ;
Pressure：背景氣體壓力。氣體壓強越高，碰撞頻率就越高，電離率也就越高。
Electron energy spread：控制低能量二次電子能量分布的參數(shù)。
Ion temperature：離子產生的速度遵循Maxwell-Boltzmann速度分布。設置離子溫度控制產生的離子的平均能量。
回到Particle頁中，Properties：從下拉列表中選擇要使用的材料屬性。當不需要粒子相關的材質屬性時，可以選擇默認選項None。
Secondary emission：二次電子發(fā)射將電子和/或離子視為一次粒子。從兩個下拉列表中選擇相應的發(fā)射模型。有Furman, Vaughan和Import導入。
如果使用Import導入：
每個入射粒子和法向入射粒子的二次電子產量SEY的值可以從文本文件中導入。
文本格式為2列，能量eV與SEY。
Energy PDF（能量概率分布函數(shù)）
Temperature：二次電子發(fā)射的能量是gamma分布的。在等離子體物理中，溫度T單位是eV。
Vaughan二次發(fā)射模型：
Energy max:二次電子產量最大對應的能量。
SEY max:：二次電子最大產量。
Threshold energy:：低于這個能量閾值，二次電子產量為零。
下圖中紅圈橫坐標對應Threshold energy，方圈橫坐標對應Energy max，縱坐標對應SEY max。
Smoothness:表面的光滑度ks影響上面定義的最大值。通常設置為1。
Energy PDF（能量概率分布函數(shù)）
Temperature：二次電子發(fā)射的能量是gamma分布的。在等離子體物理中，溫度T單位是eV。
Fuman二次發(fā)射模型：
這里的energy同之前Vaughan的energy max，最大產量對應的能量。SEY對應SEY max為最大產量。
S參數(shù)影響產量，但SEY的最大值不受s的影響。
題外話：對比Fruman和Vaughan模型優(yōu)缺點。
Furman模型優(yōu)點：參數(shù)多利于曲線不同區(qū)域的擬合，結果比較接近實驗值。真二次電子模型的概率模型更接近實際二次電子發(fā)射概率本質。
Furman模型缺點：沒有表面形貌相關參數(shù)、參數(shù)多不利于規(guī)律尋找和工程應用、純數(shù)學表達式?jīng)]有深入聯(lián)系物理。
Vaughn模型優(yōu)點：引入smoothness平滑因子表征材料表面粗糙度對二次電子發(fā)射系數(shù)和能譜的影響；參數(shù)少使用簡單。
Vaughn模型缺點：僅平滑因子給出了粗略的范圍缺乏對表面結構具體參數(shù)的描述；沒有區(qū)分彈性散射、非彈性散射和真二次發(fā)射；不同材料、不同入射能力、不同入射角情況下能譜之間僅存在幅度差異，趨勢曲線基本相同；對實驗數(shù)據(jù)進行擬合時只能對低能真二次發(fā)射準確模擬。
Particle頁的Visualization options中Show 1D plot：選擇想要顯示二次電子產量SEY或能量的概率分布函數(shù)PDF。
Incident angle：入射電子的入射角。該值影響SEY和PDF圖。0°為法向入射。
Incident energy PDF：入射電子的入射能量。影響PDF圖。
Incident energy SEY：輸入SEY圖的能量范圍。不影響PDF圖。
二次發(fā)射說完了接下來是Sheet transparency
設置Sheet類的材料，即一維的零長度物體，可以使粒子透過。Sheet Transparency就像入射粒子電流和電荷的濾紙一樣。當粒子遇到這個Sheet時，粒子的宏觀電荷和宏觀質量都減?。〝?shù)量不變）。透明度percentage設置在0%和100%之間，表征穿過這個sheet之后還剩下百分之多少的電荷和質量。
Optically Induced Electron Emission
Work function功函數(shù)是一個與物質有關的量，它規(guī)定了每個光子產生光電子所需的最低能量。對于功函數(shù)φ和光頻率w，發(fā)射電子的最大能量為
Material property：
Quanum Efficiency量子效率[%]，即產生的電子與入射光子的比率。
Radiant Seneitivity：輻射靈敏度[mA/W](光電流對入射光功率的影響)。
Particles per em. Point:每條入射光線產生的宏觀粒子數(shù)。生成的粒子越多，相空間分辨率越高。然后，每個粒子被分配一個更小的宏觀電荷，仍滿足上面設置的物質屬性。產生的粒子越多，模擬就越精確，計算越費時。
接下來來到材料設置的最后一個頁：Flow Resistance流阻
Solid properties：流動阻力材料的固體屬性是根據(jù)局部固體坐標系統(tǒng)定義。默認情況下，流阻無限大。
對于局部坐標系(U'， V'， W')的每個方向，可以通過直接輸入單位長度損耗系數(shù)來定義壓力損耗。
Flow blocked：流阻無限大-“壁面Wall”。
Loss coefficient：單位長度的壓力損耗系數(shù)。
這些是針對有厚度的固體的設置，下面是沒有厚度的面片的設置。
Sheet properties
有以下幾種壓力損耗定義類型:
Flow blocked：流阻無限大-“壁面Wall”。
Loss coefficient：壓力損耗系數(shù)
Free area ratio：自由面積比，孔洞表面的相對覆蓋率，數(shù)值介于0到1之間。
Perforation：多孔材料的形狀、距離和大小。軟件會自動計算自由面積比和損失系數(shù)。
FAR為Free area ratio自由面積比，f為Loss coefficient壓力損耗系數(shù)，兩者關系為：
Free area ratio=1(即100%)等同于一個完全開放的表面。這意味著沒有壓力損失，也就是說損失系數(shù)為0。
Free area ratio=0%對應的流動面積比值為0，這意味著表面封閉的，相當于一個壁面WALL。這時就等于Flow blocked。
當選擇Perforation多空材料時，界面如下：
對應參數(shù)與Free area ratio關系為
Hexagon：
Curcle：
Square
其中U、V為水平和垂直節(jié)距。
至此材料設置的所有內容結束。
