从Ⅰ-Ⅴ曲线判断大气压射频介质阻挡放电模式

实验以氩气和氩气掺杂氮气作为放电气体,在大气压条件下使用13.56 MHz射频电源进行双介质以及单介质阻挡放电。实验记录了气体击穿后随电源功率增大的Ⅰ-Ⅴ曲线,同时使用ICCD照相机以及单反相机给出了相应的放电照片。研究发现氩气双介质放电在电源最大功率内均为均匀辉光放电,并且可以从Ⅰ-Ⅴ曲线明显判断出放电从α模式到γ模式的转变。在氩气单介质放电以及氩气掺杂氮气的双介质和单介质放电中,均出现了丝状放电,在放电模式的转变过程中Ⅰ-Ⅴ曲线均呈现出明显的不同特点。本文分析认为,从Ⅰ-Ⅴ曲线基本可以判断出大气压介质阻挡放电从α模式到γ模式的转变以及是否存在丝状放电。     

大气压氦气射频介质阻挡辉光放电的均匀性研究

为了研究大气压射频介质阻挡辉光放电的时空特性,采用一个表面覆盖有石英介质的铜电极和一个自制水电极的放电系统,在氦气中获得了大面积和较大电极间距下的辉光放电。对ICCD高速相机拍摄的径向放电图像和轴向放电图像分析揭示了射频介质阻挡辉光放电不仅具有较好的径向均匀性,而且具有很好的轴向均匀性,并不存在沿径向的发展。这是不同于中频介质阻挡辉光放电的一个显著特征。此外,注意到射频介质阻挡辉光放电在径向和轴向上的发展均与射频周期有很强的关联性。分析认为这是由于空间电荷在射频介质阻挡辉光放电的形成和发展中发挥主导作用。因此,可以认为射频介质阻挡辉光放电所具备非常好的径向和轴向均匀性,与中频介质阻挡辉光放电相比,可能会更有利于工业生产中进行均匀薄膜沉积和对薄膜表面改性处理等。     

利用大气压气液介质阻挡放电等离子体对PTFE进行表面改性

本文对大气压单一空气介质阻挡放电和加去离子水的气液两相介质阻挡放电进行实验研究,对比分析了两种放电模式的开始放电和刚铺满整个电极时的稳定电压电流波形和放电照片,并用两种放电等离子体对聚四氟乙烯薄膜(PTFE)进行表面处理,对处理后薄膜表面的水接触角进行对比。结果表明,放电间隙和放电频率均相同时,大气压单一空气放电的开始放电电压峰峰值和稳定放电电压峰峰值均比气液两相放电时的高,且气液两相放电更加均匀。在相同条件下,经大气压气液两相等离子体处理后的PTFE薄膜表面水接触角比大气压单一空气等离子体处理后的低,说明大气压气液两相等离子体对PTFE薄膜的处理效果更好。     

阻抗匹配对大气压氮气介质阻挡放电的影响

在介质阻挡放电装置中,使用阻抗匹配网络后,当气体间隙为3mm时,在大气压氮气中获得了均匀介质阻挡放电等离子体,放电模式为汤森放电.在其他放电参数不变的情况下,放电电流和放电功率随着外加电压峰峰值的增大先非常缓慢增加,然后当放电面积铺满整个电极后呈线性增加.而放电电流和放电功率随驱动频率的增加呈现出非常明显的谐振现象,实验所得到的最佳匹配频率和Chen给出的理论计算结果存在差异.     

利用大气压气液介质阻挡放电等离子体对PTEF进行表面改性

本文对大气压单一空气介质阻挡放电和加去离子水的气液两相介质阻挡放电进行实验研究,对比分析了两种放电模式的开始放电和刚铺满整个电极时的稳定电压电流波形和放电照片,并用两种放电等离子体对聚四氟乙烯薄膜(PT FE)进行表面处理,对处理后薄膜表面的水接触角进行对比.结果表明,放电间隙和放电频率均相同时,大气压单一空气放电的开始放电电压峰峰值和稳定放电电压峰峰值均比气液两相放电时的高,且气液两相放电更加均匀.在相同条件下,经大气压气液两相等离子体处理后的PT FE薄膜表面水接触角比大气压单一空气等离子体处理后的低,说明大气压气液两相等离子体对PT FE薄膜的处理效果更好.     

基于PIC-MCC实现空气介质阻挡放电过程的数值模拟

在大气压介质阻挡放电的实际应用中,空气介质阻挡放电具有极其广泛的工业化应用前景。目前,空气均匀放电的获得仍比较困难,且诊断均匀性的依据缺乏可信的依据。文章采用粒子云网格法(Particle in Cell,PIC)与蒙特卡罗碰撞（Monte Carlo Collision,MCC）方法模拟了放电过程中粒子的运动情况,研究大气压下空气介质阻挡放电的发展过程,然后讨论介质厚度、电源频率对形成均匀放电的影响,并研究这两种因素对等离子体密度的影响。模拟结果表明：介质厚度在d≥1.5 mm时可获得没有放电细丝的电流波形;电源频率高于2.5 kHz时,放电细丝是难以避免的。在能够形成均匀放电的条件下,将介质厚度适当的调整在1.5 mm附近,提高电源频率,将产生更高的等离子体密度。     

气体放电等离子体及应用的研究进展

由于气体放电在材料处理、热核聚变、环境净化以及等离子体推力器等各个前沿科学领域中具有广泛的应用。为了推动气体放电及等离子体理论与应用技术的研究和发展,综述了近年来各种典型气体放电机理的发展。分析了直流辉光放电、介质阻挡放电、大气压辉光放电、电子回旋共振放电、容性耦合射频放电的国内外研究现状,最后介绍了气体放电等离子体的应用领域。     

大气压射频介质阻挡放电辉光放电和丝状放电的时空演化比较

目的 为研究大气压射频(13.56 MHz)介质阻挡放电(rf-DBD)在辉光放电和丝状放电2种模式下的电离形式,以及在一个放电周期(73.7 ns)内气体电离与时间和空间的关系。方法 实验使用氩气获得稳定的辉光放电,使用氩气掺杂氮气获得丝状放电。实验中使用电流正向过零点的信号触发ICCD相机获得一个放电周期内不同时间点的36张照片,得出放电间隙之间不同位置的发光强度在一个周期内随时间的变化关系。结果 在α模式下,每半个周期所产生的一次电子雪崩在空间和时间上都是从阴极到阳极的过程。在γ模式下存在负辉现象,并且在阴极电极的介质表面,负辉强度峰值的时间比体电离强度峰值时间晚约13 ns。在丝状放电中,等离子体的发光强度主要集中在阴极表面,介质表面积累的电荷之间的互相作用力使得放电形成单独的细小通道。结论 α模式以体电离为主,而γ模式下除了体电离,还有离子撞击阴极表面产生的大量二次电子,并且比体电离的产生更晚。在丝状放电中,电介质表面电荷作用明显,阴极介质表面的电离为放电的主要形式。     

Ar对N_2介质阻挡放电光谱的影响

采用光谱法研究了大气压下氮气、氩气以及氩气对氮气介质阻挡放电等离子体的光辐射特性的影响。研究结果表明：在氮气里添加少量氩气,氮气光谱谱线强度会有所增强,尤其是386.3 nm和418.9 nm谱线强度增强明显。在氩气体积分数为10%时,随着等离子体放电电压变化,氮气的386.3 nm和418.9 nm两条谱线强度在放电电压70 kV时迅速增强。因此,在氮气和氩气混合气体放电中,气体组成影响等离子体内部的能量传输特性以及放电的发光特性。     

大气压沿面介质阻挡放电流动控制影响因素研究

大气压介质阻挡放电等离子体流动控制是通过介质阻挡放电产生形成等离子体风来影响和控制周围空气流动的一种技术手段,对于提升飞行器的气动性能具有重要意义。其在飞行器减阻增升、发动机扩稳增效等方面具有广阔应用前景,目前已经成为国内外空气动力学领域新兴的研究热点。本文对大气压下空气介质阻挡放电产生的沿面低温等离子体气流加速现象进行了研究,针对不同参数(介质材料、介质厚度、电极种类、放电电压)分析放电过程中等离子体的演化,测量等离子体风速及表面电势。结果表明采用介质厚度为1 mm的云母介质,上电极选择不锈钢刀片形状的电极,放电电压峰峰值为16 k V时,表面介质放电等离子体的气流加速效果更好。该研究可为今后等离子体气流控制方面的研究提供一定的实验参考。     

楔形介质层对大气压介质阻挡放电的影响研究北大核心CSCD

为了研究楔形介质层对大气压介质阻挡放电的影响,加入楔形石英石作为附加介质层。通过实验和模拟分析的方法研究了楔形介质层对大气压介质阻挡放电的影响。结果表明:楔形介质层对介质阻挡放电有很大影响,放电在楔形介质层的尖端区域首先击穿,再沿介质层表面弥散。楔形介质层内部出现的场强“低谷区”,提高了其尖端附近的电场强度;楔形介质层提高了介质层表面积,介质表面积累的电荷改变了空间电场分布,对放电击穿、电子密度和电子温度有很大影响。介质层厚度引起的放电优先性问题为相关设计提供了更多的灵活性。     

多孔阳极氧化铝介质对大气压介质阻挡放电等离子体的影响北大核心CSCD

为了提高大气压下介质阻挡放电的稳定性,采用阳极氧化方式在铝板表面制备一层多孔阳极氧化铝(Porous anodic alumina,PAA)。运用扫描电子显微镜、划痕仪、金相显微镜和台阶仪测试了阳极氧化铝的表面形貌、厚度等特性。比较分析了石英、陶瓷和PAA为介质的大气压下介质阻挡放电的放电过程图片和放电波形。实验表明:应用阳极氧化法制备的多孔阳极氧化铝具有规则的纳米级多孔结构,膜基结合力好;应用多孔阳极氧化铝作为介质的介质阻挡放电更稳定,放电中产生的更密的微放电有助于降低放电击穿电压和提高放电稳定性;更厚的多孔阳极氧化铝膜为介质的大气压介质阻挡放电具有更好的放电稳定性。     

173 nm真空紫外光源的测试及分析

通过自行设计的测量装置,用专用探测器对173 nm介质阻挡放电产生的紫外光进行辐照度的测试.对着火电压与pd值、紫外光源的辐照度之间的关系进行测量分析,并对试验中所用MgF2晶体的透过率进行测量和计算.实验结果表明对于单个的紫外灯,当介质的厚度、气体气压均为常量的时候,介质阻挡放电强度随电压的增加而增加,放电强度呈非线性增加;在气体种类、介质材料的种类和厚度、电极材料的种类确定的情况下,紫外灯的点火电压与pd值会有一个最小值;在大气压下,通过特殊方法测得厚度为2 mm的MgF2晶体对173 nm真空紫外光的透过率为88%.     

介质阻挡稳态丝状放电数值模拟

本文采用流体模型对纯Ne介质阻挡放电(DBD)中的丝状放电现象进行了研究.通过模拟获得了放电过程中电流、带电粒子等物理参数的时间空间分布及丝状放电的形成.结果表明,在pd值较低及方波驱动电压条件下,初始均匀的DBD中将逐渐形成多个稳定的丝状放电通道,而且所有通道的丝状放电同时进行,形成单个放电电流脉冲.同时模拟结果表明,在辉光放电范围内,升高pd值,丝状放电的数量将减少.     

小间隙针-柱结构电晕放电和辉光放电实现离子风的特性

设计了一种小间隙针-柱放电结构,通过大气压环境下稳定的气体放电,实现离子风.放电阴极采用针尖直径为56.4μm的不锈钢针,放电阳极采用直径4 mm、长60 mm的紫铜圆柱.放电电源采用0~-20 000 V的负直流高压电源,在镇流电阻12 MΩ、放电电阻12 MΩ、测试电阻1 kΩ、针-柱间距2.2 mm、大气压、无外界通入气流、室温条件下进行放电实验.TDS1002B-SC泰克示波器记录的特里切尔放电波形、伏安特性曲线以及数码相机拍摄的放电发光图像验证了针-柱结构产生了稳定的电晕放电和辉光放电.实验中采用testo 405-V1风速仪进行风速测量.不同针-柱间距和不同镇流电阻阻值的实验结果都表明:在电晕放电阶段,离子风风速随放电电压的增大而增大;进入辉光放电后,离子风流速反而减小.     

大气压介质阻挡放电电学特性及其改性有机薄膜的研究

为了解大气压介质阻挡放电(DBD)的电学特征,通过放电图片、电压-电流曲线、李萨育图形对其进行了诊断,并研究了等离子体参数的影响.同时,本文利用大气压DBD等离子体对PET膜进行了表面改性处理.通过接触角测量仪,衰减全反射-傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR),原子力显微镜(AFM)以及X射线光电子能谱(XPS)对PET表面进行了表征.结果表明:大气压DBD等离子体放电能够有效地改性PET膜,处理后薄膜表面N/C比达到11%左右,薄膜的亲水性也得到较大提高.结论:等离子体放电参数,例如电源频率、气体比例和电源电压等,对放电有较大的影响;其作为一种新兴的等离子体源,可用于有机薄膜的表面改性.     

大气压射频单介质阻挡放电中放电通道收缩现象的研究

大气压射频辉光放电产生的等离子体具有温和的温度、较好的稳定性和较强的化学活性而广泛应用于工业生产、生物处理等领域。为提高工作效率、增加放电均匀性,应避免产生放电收缩现象。为此,设计了一个带水冷铜电极的射频单介质阻挡放电系统,在大气压下研究氮气和氩气放电收缩形成的机制。纳秒级ICCD相机拍摄的放电图像揭示出在大气压下氮气和氩气放电中明显存在放电通道收缩现象,在放电周期内放电通道形状保持不变,但在不同位置的发光强度随射频电源的频率作周期性变化。通过分析放电图像的三维时空分辨图和二维时间分辨图,发现上下电极表面附近的发光强度在一个射频周期内交替出现一个峰,但峰出现时间上为非对称。这不同于射频裸电极放电,也不同于射频双介质阻挡放电。分析认为发光强度峰在一个射频周期内交替出现的时间非对称性是由于非对称电极表面电荷积累和二次电子发射差异造成。     

精密电极结构实现小间隙大气压辉光放电离子源

分析了电极结构精密度对大气压辉光放电稳定性的影响,设计并加工了一套高装配精度的线-筒型离子源.内外电极直径分别为0.16mm和4mm.当电压达到-3.5kV时电晕放电开始发生,放电电流波形为典型的特里切尔脉冲;当电压升高至-4.5kV时放电电流变为直流,表明进入辉光状态.通过放电电流波形可以清晰地观察到从电晕放电到辉光放电的过渡过程,并分析了其物理过程.放电实验表明,该装置可以稳定地实现大气压辉光放电,放电电流与施加电压成正电阻特性,而电极之间的电压在放电电流增大的情况下保持不变.这些放电特性与典型的低气压辉光放电一致.放电电流可达毫安量级,电离度较高,可有效提高检测灵敏度.质谱实验表明该离子源可以很好地离子化甲酸、乙酸、苯酚、苯甲酸等化学物质.     

大气压下甲烷等离子枪的光谱诊断研究

以甲烷为反应气体,氩气为辅助气体,通过大气压介质阻挡放电等离子枪,制备纳米类金刚石.在此过程中,利用发射光谱对甲烷等离子体中产生的活性粒子进行光学发射特征的原位诊断.通过对检测到的发射光谱谱图的研究,证实了CH、C2、Hα等自由基粒子的存在,研究了不同的实验参数,如放电电压和气体流量对CH活性粒子发射强度的影响,并由此分析了甲烷可能的离解过程,同时计算了不同条件下的电子温度.结果表明,随着输入电压及CH4流量的增加,CH自由基的发射强度随之增加.根据掺入甲烷的Ar原子谱线计算出电子温度,其范围在0.4eV～0.6eV之间,而且随着输入电压及气体流量的增加而降低.     

热敏高分子涂层的低温等离子体聚合分析

基于大气压环境下,介质阻挡放电能生成等离子体,逐渐成为了诸多学者的研究重点。伴随着等离子体技术的不断发展,等离子体表面处理、聚合、接枝也得到了进一步的改进,在连续工业生产中应用广泛。介质阻挡放电主要由微放电构成,其在时间、空间上的分布无规律性。当介质阻挡放电处于均匀分布时,所形成的等离子体也较为均匀,故材料表面改性显得尤为必要,已成为了近年来研究的时政热点。本文主要立足于介质阻挡放电角度,深入探究其放电机制,分析均匀放电形成条件,对N-异丙基丙烯酰胺、2-甲氧基乙氧基的温敏聚合物进行系统研究。