在工业中广泛应用的等离子体材料表面改性、刻蚀及薄膜沉积等工艺,是在被加工的工件上施加一个负偏压,从而在工件表面形成等离子体鞘层实现的。负离子作为鞘层中经常出现的一种带电粒子,在包括等离子体化学、表面处理、气体激光器、气体放电以及电离层现象等很多系统和工艺中都扮演着重要的角色。因此研究电负性等离子体鞘层的物理特性对等离子体与材料表面相互作用的应用有直接的意义。磁场的影响在很多情况下又是不可忽略的,并且也可以利用外磁场实现控制工艺。目前对普通的等离子体鞘层已经研究的比较系统,但是对有外加磁场的电负性等离子体鞘层研究的还很少。本文采用流体模型和正离子在预鞘区E?B??漂移运动所决定的预鞘-鞘层边界速度,针对电负性等离子体磁鞘和碰撞电负性等离子体磁鞘分别进行了理论推导和数值模拟研究,具体内容为:(1)通过理论推导和数值计算,研究了在外部磁场作用下包含冷的正离子、热的电子和负离子三种带电粒子的电负性鞘层的玻姆判据和鞘层结构。由塞格捷夫势得到了电负性磁鞘中玻姆判据的数学表达式。数值模拟的结果表明:鞘边负离子浓度越大、鞘层负离子温度越低、外加磁场的角度越大,离子马赫数的下限就会越小,离子就越容易进入鞘层。当磁场为弱磁场(B<0.04T)或强磁场(0.04T<B<0.4T)时,磁场强度变化对鞘层结构的影响很小,当磁场为极强磁场(0.4T<B<4T)时,才会对鞘层结构有明显的影响。增加负离子浓度或降低负离子温度,都使鞘层中的电子密度和负离子密度更快下降到零,净电荷密度分布的峰值向鞘层边缘移动,正离子在到达材料工件表面时的动能增大,鞘层电势降低,鞘层厚度减小。在研究参数变化对鞘层结构的影响时,离子马赫数取为包含该参数的变量还是取为固定的值,可能会得到不同的结论;当离子马赫数取为满足玻姆判据的固定值时,取为不同的值也会对鞘层结构有影响。(2)通过理论推导和数值计算,研究了包含冷的正离子、热的电子和负离子三种带电粒子的电负性磁鞘的玻姆判据和鞘层结构,并考虑了正离子和中性粒子间的碰撞对玻姆判据和鞘层结构的影响。首先经过理论推导,得到了碰撞电负性磁鞘中玻姆判据的数学表达式,碰撞鞘层的玻姆判据既有上限,又有下限。数值模拟的结果表明:随着碰撞参数或磁场角度增大,离子马赫数的上限和下限均减小;随着鞘层边缘负离子浓度增加,离子马赫数的上限和下限均减小,但上限减小得更快;随着鞘层中负离子温度降低,离子马赫数的上限完全不变,下限减小。随着碰撞参数增加或者无量纲化参数?从-1变化到0,负离子密度没有发生明显的变化,但正离子密度下降变缓,电子密度更快下降到零,净电荷密度峰值增大变宽且向鞘层边缘移动,鞘层电势降低,正离子在到达材料工件表面时的动能减小,鞘层厚度减小。随着鞘边电场值增大,正离子、电子和负离子密度均更快下降到零,净电荷密度峰值减小并移向鞘层边缘,鞘层电势降低,正离子在到达材料工件表面时的动能增大,鞘层厚度减小。(3)通过理论推导和数值计算,探讨了包含热的正离子、电子和负离子三种带电粒子的电负性磁鞘的玻姆判据和鞘层结构,并考虑了正离子和中性粒子间的碰撞以及电子的撞击电离。数值模拟的结果表明:随着正离子温度升高,离子马赫数的上限没有明显的变化,但下限升高;正离子密度在鞘层边缘下降更快,离开鞘边后又下降更缓,电子密度和负离子密度下降更慢,鞘边净电荷密度减小,鞘层中净电荷密度峰值降低且远离鞘边,鞘层电势升高,正离子在到达材料工件表面时的动能减小,鞘层厚度增大。随着电子撞击电离率增大,离子马赫数的上限没有明显变化,但下限降低;正离子密度在鞘层边缘分布更大,而在离开鞘边后又更小,电子密度和负离子密度均减小,鞘边净电荷密度增加,鞘层中净电荷密度峰值增大且靠近鞘层边缘,鞘层电势降低,正离子在到达材料工件表面时的动能增大,鞘层厚度减小。