直流驱动氩气等离子体刷的放电特性研究

采用线-板放电装置,通过氩气的流动,在直流电压驱动下产生了大面积的大气压均匀刷形等离子体羽,并利用光学方法对其放电特性进行了研究.结果表明,虽然外加电压是直流形式,但放电电流和放电发光是周期性的脉冲信号.利用光电倍增管测量了光脉冲的频率,发现放电频率随着电压或气流的增加而增大.对等离子体羽的发光信号沿着线电极方向和沿着气流方向分别进行了空间分辨测量,发现刷型等离子体羽由微放电构成.微放电沿着线电极方向在时间上是随机出现的,而沿着气流方向以"等离子体子弹"传播.利用光谱仪测量了放电的发射光谱,并且通过发射光谱计算了分子振动温度.研究发现,分子振动温度随着电压增加而增加,随着气流的增加而减小.     

大气压氩气周期性突起的放电特性及其产生机制研究

大气压等离子体射流可以在空气环境中产生等离子体羽.与通常产生的锥状等离子体羽不同,利用低频偏置正弦电压激励大气压氩气等离子体射流,等离子体羽呈现周期性突起.利用电学、光学及光谱学手段对突起状等离子体羽的放电特性及其形成机制进行了研究.结果表明,等离子体羽长度随着气体流量增大而增大.放电的波形表明每一个电压周期存在一次放电,且它出现在电压的负半周期.通过高速影像发现,突起状等离子体羽对应沿着气流传播的负流光.射流喷口附近存在周期性的强放电,它为下游提供了空间规律性分布的活性粒子.该活性粒子能增强流光的传播,表现为等离子体子弹的直径增大,因此形成空间周期性的突起.利用光学发射谱,测量了电子激发温度的空间分布及平均电子激发温度随着气体流量的变化关系,并对这种变化趋势进行了定性解释.     

光化线强度法研究大气压等离子体射流的氧原子浓度

等离子体射流产生的众多活性粒子中,氧原子是化学活性非常强的氧化剂,也是生成其他含氧活性粒子的基础,因此确定氧原子浓度及其时空分布对提高等离子体射流的应用效率具有重要意义.针对于此,本工作利用单电极等离子体射流产生了实心结构的等离子体羽,利用高分辨光谱仪采集了放电的发射光谱.结果表明,等离子体羽中确实含有氧原子等活性粒子.采用光化线强度法通过比较氧原子谱线(777.4 nm)和氩原子谱线(750.4 nm)的强度比研究了等离子体中氧原子浓度.结果表明:等离子体羽中的氧原子浓度随着距离喷口距离的增加先减小后增大;固定其他实验参数的情况下,氧原子浓度随着外加电压峰值和工作气体流量的增加而增大;当工作气体中掺入空气后,等离子体羽中氧原子浓度随着空气体积分数的增加先增大后减小.结合放电机制,对以上实验现象进行了定性分析,所得结果对于大气压等离子体射流的应用具有重要意义.     

不同成分等离子体对PET薄膜表面亲水性改性的影响

采用射频容性耦合等离子体(CCP)对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜进行不同气氛下的表面改性处理,研究氩等离子体和氩/氧混合等离子体对PET薄膜表面形貌、成分、亲水性和结合性能的影响.研究结果表明,氩/氧等离子体处理相较于纯氩等离子体处理,由于氧的化学活性,提升了等离子体的化学作用,处理后PET薄膜表面粗糙度增加,并引入大量含氧官能团,显著提高了薄膜的亲水性,提升了其与金膜的黏结力.     

氧气、氩气等离子体对涤棉表面改性研究

利用低温等离子体对涤棉织物表面进行改性，测试改性前后涤棉织物表面的毛细效应，分析其毛细效应的变化程度和趋势．研究氧气、氩气等离子体处理下处理时间对材料表面改性的影响以及改性后毛细效应的时效性．实验结果表明，涤棉经氧气、氩气等离子体处理后，其表面毛细效应会随着处理时间的延长而增强，同时，随着放置时间的延长，这些改性后的良好性能会逐渐退化．     

外加电压参数对大气压等离子体射流形貌的影响

大气压等离子体射流可以在开放的空气环境中产生富含多种活性粒子的低温等离子体羽,在材料合成、表面改性、生物医疗、环境保护等多种领域具有广泛的应用前景. 等离子体羽的形貌与活性粒子的时空分布有关,研究其形貌对等离子体射流的应用具有重要意义.针对目前等离子体形貌还不够丰富的问题,本文利用氩气等离子体射流,通过改变外加电压参数(电压峰值、驱动频率和偏置值)产生了几种形貌的等离子体羽(弥散圆锥状、丝加晕形、念珠串状和空心锥状),从而进一步丰富了等离子体羽的形貌.通过对比放电的电压和发光信号波形,发现除丝加晕形等离子体羽外,其他3种等离子体羽在每个外加电压周期均放电1次.不同的是,弥散圆锥状和念珠串状等离子体羽的放电出现在电压负半周期,为负放电.而空心锥状等离子体羽的放电出现在外加电压正半周期,为正放电.丝加晕形等离子体羽每个电压周期存在1个负放电和1个正放电.此外,还利用高速成像设备对这几种形貌等离子体羽的时空演化进行了研究.相关结果表明,负放电对应负流光的传播过程,而正放电对应正流光的过程.视觉上不同形貌的等离子体羽是正流光、负流光及其组合时间叠加的结果.本文的结果对大气压等离子体射流中等离子体羽形貌的深入研究及流光动力学的进一步发展均具有重要价值.     

空心针-板电极中较大体积的大气压均匀放电

利用空心针-板电极装置,在大气压空气中产生了直流激励的均匀氩气等离子体羽.电学和光学测量结果表明,虽然采用直流电源驱动,但放电为周期性的脉冲.每个脉冲对应一个等离子体子弹从空心针向着阴极的传播过程.对放电特性随放电电压、电极间距和氩气流量的变化关系进行了研究.发现放电频率随电压的升高而增大,随距离和氩气流量的减小而增大.以直流空心针-板电极作为放电单元构成阵列,得到了较大体积的大气压均匀放电.     

电极尺寸对射流等离子体放电的影响及其在涤纶亲水研究中的应用

大气压脉冲介质阻挡放电射流等离子体中,羟基活性粒子的生成和调控对于等离子体在材料表面改性方面的应用具有重要意义,而羟基活性粒子的形成和调控又与放电结构密切相关。研究了接地电极宽度对大气压脉冲放电射流等离子体的影响：通过改变接地电极宽度,探究其对射流长度、放电强度的影响;通过增强型电荷耦合器件(ICCD)对放电时空演化进行分析;通过发射光谱分析放电产生的特征谱线。结果表明：当接地电极的宽度为1.5 cm时,射流长度最长;在射流3 mm处,有较强的羟基活性粒子浓度。利用大气压脉冲射流等离子体处理涤纶织物表面,验证了气相等离子体中羟基含氧基团与涤纶表面亲水处理效果的正相关性,为等离子体中活性粒子的控制和开发工业用等离子体源提供了参考。     

低温等离子体对棉纺织物表面改性及时效研究

利用低温等离子体对棉织物、涤棉织物表面进行改性,测试改性前后棉织物、涤棉织物表面的毛细效应,分析其毛细效应的变化程度和趋势．研究不同工作气体等离子体处理下处理时间对表面改性的影响以及改性后毛细效应的时效性．实验结果表明,棉织物、涤棉经空气、氧气、氮气、氩气等离子体处理后,其表面毛细效应会随着处理时间的延长而增强,4min后毛细效应增强的趋势减弱．同时,这些改性后的亲水性能会随着放置时间的延长,有逐渐退化的趋势,由于工作气体不同,其毛细效应随处理时间和放置时间的变化程度也不尽相同。     

直流激励针-环等离子体喷枪放电模式的实验研究

利用空气作为工作气体,采用直流电压激励针-环等离子体喷枪,在大气环境下产生了可触摸的低温等离子体羽.利用电学和光学测量,结果表明等离子体羽存在两种放电模式:脉冲模式和连续模式.对于脉冲模式,研究发现放电频率随气体流量或电源输出电压的增加而增加.对于连续模式,伏安特性表明其为反常辉光放电.利用光纤测温仪测量了两种放电模式下等离子体羽的气体温度,发现气体温度随着电源输出电压增加或气体流量减小而升高.相比于连续模式,脉冲模式温度更低,可用手触摸,因此在生物医学领域有更大的应用价值.利用发射光谱,通过拟合的方法计算了两种放电模式的分子振动温度,发现它与气体温度随参数的变化趋势相同.     

大气压微波等离子体光谱特性

为研究气体组分及微波功率对等离子体特性的影响,测量了大气压下混合气体的微波等离子体光谱强度,分析了不同气体配比和微波功率下等离子体中激发态氧原子发射光谱的变化规律.实验结果表明:随着混入氧气量的增加,等离子体中激发态氧原子数量先增加后减小,在氩气流量为4 L/min,微波输入功率为400 W,氧气流量为40 cm3/min时,激发态氧原子数量达到最大;微波功率的增加首先导致等离子体中的激发态粒子数量增加,进而导致电离态粒子数量增加.     

气体成分对等离子体斑图的影响

采用双水电极介质阻挡放电装置,在大气压下研究了氩气和空气混合气体中气体成分对等离子体斑图(包括四边形斑图和六边形斑图)的影响.四边形斑图和六边形斑图的电压范围随着空气含量的增加而逐渐增大.实验测量了击穿电压随空气含量变化的关系.结果发现:击穿电压随着空气含量的增加而增大,但不成简单的线性关系.在氩气放电中,击穿电压值随着放电间隙的增大而增大.     

氩等离子体射流对聚四氟乙烯表面改性的研究

采用氩等离子体射流对有机材料聚四氟乙烯(PTFE)进行表面改性,通过接触角测量、扫描电子显微镜(SEM)观察、X射线光电子能谱(XPS)和衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)分析,以及表面电阻率和沿面闪络电压等参量的测量,研究了等离子体射流处理前后PTFE的表面特性。实验结果表明:氩等离子体射流产生的粒子主要有OH、N*、Ar和少量的O。PTFE经大气压氩等离子体射流处理后,其表面水接触角下降,表面粗糙度变大,表面突起和裂痕显著增加,且表面有新的含氧基团生成;增加表面改性时间,表面改性效果会达到饱和状态;另一方面,表面改性后的PTFE存在微弱的老化效应,当在空气中放置10d后,其表面水接触角为66.2°,仍然低于表面处理前的值。由于等离子体改性使PTFE表面形态及化学成分发生变化,粗糙度增加,使PTFE表面电阻率降低,导致其沿面闪络电压升高。     

新型纺织基外科清创刷的吸液特性

采用低温等离子体技术对纺织基外科清创刷试样进行表面改性处理,以吸水率为评价指标,分析影响清创刷吸液特性的主要因素.结果表明:清创刷的吸水率与底布纱线股数呈负相关,而与绒纤维密度呈一定的正相关;在氧气气氛、处理时间为3min、放电功率为150 W条件下,清创刷的吸液特性得到最大程度的改善;等离子体处理改变了纤维的表面性能,增加了试样表面粗糙度和亲水基团数量,有利于改善清创刷的吸液特性.     

氩气等离子体羽从实心到空心的放电特性

对大气压环境中偏置正弦电压激励的氩气等离子体射流进行了研究. 结果表明,随着偏置电压从负值增加到正值,所产生的羽从实心过渡到空心. 利用电学和光学手段对实心羽和空心羽的放电特性进行了研究,发现对于这2种羽,每个电压周期都只有单个放电脉冲. 利用快速摄影,看到“胖”定向子弹在实心羽中传播,其中涉及负流光机制. 而空心羽中涉及正流光机制,它表现为从棒电极端开始的定向流光,随后逐渐演变成在气流周边传播的分叉流光. 利用光谱学手段,研究了距离管口不同位置处的电子温度. 基于潘宁电离和残留负离子的作用,对这2种羽的产生机制进行了解释.     

Ar-MIP在石英管内传热与流动特征研究

本文利用有限元方法建立了大气压下微波氩等离子体(Ar-MIP)三维模型,数值仿真了氩等离子体在不同时刻的温度、压强、速度等参数的空间分布情况,分析了这些参数的相互影响,探究微波等离子体流动瞬态特征.研究结果表明:等离子体气体温度随着时间增加而增加,其高温分布呈现空间不均匀,导致气压的局部变化,影响了流体的流速和流向,形成热流绕热现象,这是导致炬管内高温区域流体速度减缓的主要原因.     

电场与流场夹角对大气压等离子体羽动力学的影响

通过设计新型的交流激励氩气等离子体射流,在棒电极的下游产生了大气压等离子体羽.该射流与平行场射流和交叉场射流不同,它的电场与流场夹角可以在一定范围内改变.结果表明,在同一外加电压时,下游羽长度随着夹角的增大而减小.对于不同的夹角,外加电压的正、负半周期各对应着一个放电脉冲,并且放电脉冲强度随着夹角的增大而减小.利用高速影像,研究了夹角对等离子体羽动力学的影响.发现一个放电脉冲对应着一个子弹的传播过程,子弹的传播速度先增大后减小,并且其最大传播速度随着夹角的增大而减小.基于碰撞辐射模型,利用谱线强度比的方法研究了电子激发温度的空间分布,它反映出了净电场的空间分布.结果表明它与子弹传播速度的空间分布一致.     

四电极装置产生片状氩气等离子体羽的特性

利用四电极结构的介质阻挡放电(DBD)装置,在大气压环境中,产生了一个弥散的氩气等离子体羽.结果 表明:随着交流电压峰值和氩气流量的增大,等离子体羽的长度变长,且在此过程中氩原子谱线强度也增大.电压电流波形表明放电既可以出现在电压的上升沿也可以出现在其下降沿.利用高速摄像不断缩短曝光时间,发现正负放电存在明显差别.正放...     

介质阻挡放电等离子体处理对涤纶织物表面性能的影响

研究了湿度对介质阻挡放电等离子体处理涤纶织物性能的影响,以氩气和氧气分别为载气和反应气体,对涤纶织物进行常压介质阻挡放电处理,利用扫描电子显微镜和X光电子能谱仪分析等离子处理前后纤维表面形态和化学成分的变化,并利用水滴吸收时间表征织物吸湿性.结果表明,介质阻挡放电处理可以使涤纶织物表面的粗糙度增加,并且湿度大的织物处理后粗糙度更大.处理后,O/C比率增加,表明有新的含氧基团生成,而湿度大的O/C比率更高.刚刚处理完的试样,织物湿度对处理后的水滴吸收时间没有太大的影响,在织物洗后水滴吸收时间增加,但洗后放置一段时间后未见明显改变.大气条件下的时效性测试中,织物性能也未见明显改变.     

三种波形激励的大气压等离子体射流的比较研究

本文采用了棒-环结构的氩气等离子体射流装置,在正弦波、三角波和方波三种激励下均产生了锥形的大气压等离子体羽.利用电学方法,发现三种波形激励的放电,其放电脉冲均出现在电压正半周期内,而负半周期内没有放电脉冲.并且放电脉冲个数均随着电压峰值的增加而增加.对于多脉冲放电,正弦波和三角波激励的放电脉冲强度在电压上升沿内逐渐增加,而方波激励的脉冲强度在电压的正半周期内保持不变.此外,方波激励的相邻放电脉冲的时间间隔要比正弦波和三角波的大.利用高速影像研究发现正弦波和三角波激励的等离子体羽均由击穿阶段(流光发展)和余辉阶段组成.通过分析放电过程,对以上现象进行了定性解释.