大气压氩气同轴介质阻挡放电的电学特性

主要研究了同轴介质阻挡放电的电学特性、基础参数,并构造了仿真电路模型.研究发现,随着外加电压的增大,介质电容增大,气隙电容减少.通过不同半径的内电极进行实验显示气隙电容与半径成反比关系,在输入功率的研究中发现半径也是关键因素.在功率因数与外加电压的研究中则发现其变化趋势不具有单调性,存在极大值点,具有重要意义,为工业化过程中寻找最优工况提供了参考.利用软件构造了仿真电路模型,较好地吻合了实验中的放电参数,有利于后续的研究中对一些不易实验获得的参数进行估算.     

高斯电压驱动大气压氩气介质阻挡放电的特性研究

本文采用一维自洽流体模型理论研究了高斯电压驱动下大气压氩气介质阻挡放电的放电特性.在特定的频率、振幅和气隙间隔条件下,得到了气隙电压和放电电流随时间的变化关系,以及放电气隙中电子、离子和电场的空间分布特征.模拟结果表明,高斯电压驱动下的大气压氩气介质阻挡放电是一个多电流脉冲放电,存在两种放电模式:汤森模式和辉光模式.在每半个放电周期内,放电经历一个在汤森模式与辉光模式之间的转变过程,气隙空间电荷和介质表面电荷是造成放电模式转变的主要因素.此外,下降沿残余电流峰的出现,是源于上升沿放电残留了大量的空间电荷.上述仿真结果为等离子体在材料表面处理、污染治理,以及生物医学等领域中电压激励源的设计提供了新的思路.     

大气压氩气介质阻挡放电光谱

采用单色仪测量了大气压氩气介质阻挡放电(DBD)中的激发光谱,实验在300～800 nm的范围内测量了大气压氩气DBD的发射光谱,经分析发现,氩的发射谱线集中在690～800nm的范围内,且全部为氩原子的谱线.研究了这些谱线的强度随外加电压的变化,本工作的结果对大气压介质阻挡放电具有较重要参考价值.     

大气压氩气介质阻挡均匀放电的数值模拟

通过建立一个自洽的一维等离子体流体模型,数值模拟了大气压下氩气介质阻挡均匀放电的放电过程,得到了各种等离子体参量在放电过程中的时空分布,研究了驱动频率对放电特性以及放电模式的影响.计算结果表明:随着驱动频率的增加,放电电流密度以及空间电荷密度不断增加,气隙电压在放电前后的变化量也随之增大,均匀放电模式从典型的大气压汤森放电(APTD)模式逐渐过渡到大气压辉光放电(APGD)模式.驱动电压的增长率以及空间剩余电荷是造成放电模式转变的主要因素.     

大气压介质阻挡放电特性研究

采用水作为电极,对大气压下空气介质阻挡放电的斑图结构(pattern fomation)进行了观测.研究了斑图结构与实验条件的关系.实验结果表明斑图结构中的丝密度随气体隙宽度的增加而减小.     

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.     

氩气/空气介质阻挡辉光放电特性研究

采用水电极介质阻挡放电装置,在低气压氩气(氩气体积分数为99.9%)和空气混合气体中实现了辉光放电.辉光放电比较均匀、稳定,其典型特征是在每半个周期内有1个电流脉冲.采用光谱方法,研究了辉光区域内,电子激发温度和氮分子(C3Ⅱu)的振动温度的变化情况.发现在产生辉光区域内,电子激发温度和氮分子(C3Ⅱu)的振动温度几乎不变.     

氩气等离子体刷放电特性及其对PET表面改性的实验研究

在直流电源激励下,利用大气压等离子体刷产生了脉冲形式的均匀氩气放电等离子体羽.结果表明,等离子体羽成片状,且随着氩气流量的增加,片状等离子体羽的长度增加.利用该氩气等离子体刷,对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)表面改性进行了研究.发现经过等离子体刷一次扫描之后,可在宽度为24.0 mm的范围内改善PET表面的亲水性.进一步的研究结果表明,样品表面的水接触角随着气体流速的增加而减小,最终达到一个几乎不变的值.在扫描电镜下,观察到改性后的PET表面出现了含氧极性基团.并且,含氧极性基团的数量和尺度随着气体流速的增加而增大.这些研究结果对于大气压等离子体刷在等离子体表面改性方面的应用研究具有重要意义.     

不同气压下氩气介质阻挡辉光放电的特性研究

利用双水电极介质阻挡放电装置,采用光学方法和电学方法测量了不同气压下氩气介质阻挡辉光放电发光和转移电荷的时间特性.随气压的增加,放电的光信号脉冲数不断增加.介质阻挡辉光放电的起始时刻都发生在外加电压的下降沿,也就是电压的零点以前,即"过零放电".通过Lissajous图形得到了放电功率.气压小于8.08×104Pa时,介质阻挡辉光放电电压和放电功率随气压变化缓慢增加;在气压大于8.08×104Pa时,介质阻挡辉光放电电压和放电功率随气压变化迅速增加.获得了气压对介质阻挡辉光放电电压和放电功率的影响.     

光谱法研究大气压氩气等离子体射流的气体温度

采用针-板介质阻挡放电结构的射流装置,在大气压空气环境下产生了氩气等离子体羽.通过采集外加电压、电流及发光信号发现,在电压正、负半周期各有一个电流脉冲.就电流峰值而言,正脉冲大于负脉冲.等离子体羽的发射光谱包含氩4p→4s跃迁谱线、氮分子第二正带系(C~3Π_u→B~3Π_g)、带头位于308.0 nm的OH转动谱线(A~2Σ~+→X~2Π)和777.4 nm的氧原子发射谱线.通过拟合N_2(C~3Π_u→B~3Π_g)和OH的转动光谱,可以获得等离子体羽的气体温度.研究发现,拟合N_2第二正带系得到的气体温度要高于拟合OH转动光谱得到的气体温度.分析表明,氩的亚稳态Ar(4s)能够将能量转移给基态N_2,使其跃迁到高转动能级的激发态(C~3Π_u).因此,这种传能导致具有高转动能级氮分子布居数的增加,进而导致利用其计算得到的气体温度相对较高.利用OH的转动谱带拟合计算了气体温度,并研究了气体温度随实验参数的变化.结果表明,增大峰值电压及气体流量导致气体温度升高,但增加驱动频率气体温度降低.     

大气压下氮气介质阻挡放电的时空特性

通过建立大气压下氮气介质阻挡放电的1维自洽模型,对大气压下氮气介质阻挡放电的时空特性进行了数值模拟.结果表明:在1个放电周期内有2次明显的放电现象,电流密度出现第1个峰值即表示放电开始,该峰值可出现于激励电压反向之前;气隙压降基本保持不变,激励电压达到反向最大时放电过程结束;激发态粒子N2(A3∑+u)和N2(a'1∑-u)的数密度明显高于N2(B3∏g)和N2(C3∏u)的数密度,N2(A3∑+u)和N2(a'1∑-u)的寿命较长;N2(B3∏g)和N2(C3∏u)的数密度受放电空间电场分布的影响较大,并随着放电过程的进行,数密度峰值将会在正负极之间交替出现;N2的各种离子态粒子密度均高于电子密度,该放电模型适用于模拟汤生放电,N+2为放电空间中氮气的主要离子态粒子.     

对元素的二次周期性及其产生机制的研究．

本文通过对元素二次周期性和原子结构松紧效应的讨论，指出二次周期性的产生机制主要是由于原子结构的橙紧效应所致，并对引起周期性的其它原困亦做了简单讨论。     

大气压氧气中稳定形态气液放电等离子体特性研究

通过在放电回路中连接电容来控制放电电荷数目并得到稳定的氧等离子体.利用测量的电压电流波形和放电图像的变化分析了放电模式在不同应用电压下的转化过程.根据等离子体发射光谱计算了各种活性物种的发射光谱强度,模拟了等离子体气体温度、振动温度的变化过程.结果表明:随着应用电压的增加,等离子体放电模式在电压正半周明显地从流光放电转化为辉光放电最后转化为弧光放电,在电压负半周从电晕放电转化为弧光放电.在放电回路中加入电容可以限制单次放电的电荷数目,提高放电的稳定性.与放电模式的转化相对应,等离子体的气体温度先增加后不变.     

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.     

电荷沉积对大气压介质阻挡放电特性的影响

采用CCD影像法对大气压介质阻挡放电电荷沉积效应进行了实验研究.结果表明,沉积电荷是由微流光放电产生的,由沉积电荷构成的界面域等离子体会受激励电压、激励频率、DBD结构等因素影响;沉积在电介质表面的电荷主要是能量较高的电子,它们显著地影响着等离子体化学过程;窄间隙、薄电介质层结构、高频激励以及优良的电介质材料可以有效地增强界面域效应,进而提高了DBD反应器的性能.     

大气压纵向氦气流对直流辉光放电特性影响的研究

利用一维自洽流体模型系统研究了大气压条件下纵向氦气流对直流辉光放电特性的影响.研究结果表明,在不同的氦气流速条件下,对应不同放电空间中带电粒子的动力学行为特征表现出显著的差异,进而引起放电结构的变化.正向氦气流导致放电空间中正柱区和负辉区的带电粒子密度减少,甚至能够使得负辉区逐渐消失.负向氦气流能够使得放电空间负辉区的带电粒子密度增大.通过比较氦气流速与离子迁移速率的差异,分析结果发现,因氦气流导致对流效应,其通过不同方式影响放电空间带电粒子的输运机制,最终引起了放电空间结构行为特性的变化.等离子体密度的增加说明在实际应用中通过控制气流大小和方向可以提高等离子体源的化学活性和工作效率,这对于等离子体在工业领域中的应用具有一定的参考和指导意义.     

大气压氩气微波等离子体参数的光谱诊断

为了深入了解大气压下氩气微波等离子射流内部电子的状态,利用发射光谱法对大气压下氩气微波等离子体进行了诊断.以玻尔兹曼斜率法对等离子体中电子激发温度进行测算,以斯塔克展宽计算电子密度.研究了等离子体射流方向上不同区域电子激发温度和电子密度的分布规律及微波功率对电子激发温度和电子密度的影响.结果表明,在本实验条件下等离子体射流电子激发温度为4 000～6 000 K,电子数量密度为(2.4～2.8)×1018 cm-3,电子激发温度和电子密度的最大值均出现在距波导管底边20 mm处,并以此处为中心,分别向上下2个方向呈现不完全对称的递减分布,微波功率增加影响等离子体电子密度和电子温度的交替上升.     

大气压介质阻挡放电同步辅助射频辉光放电研究

采用在大气压脉冲调制射频(radio frequency,RF)辉光放电段之间同步引入介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)等离子体射流的放电技术,通过电压和电流曲线以及放电的时空分布的时间演化过程,表征脉冲调制射频辉光放电和介质阻挡放电等离子体射流的放电特性及其动力学过程。试验研究发现,引入介质阻挡放电能有效辅助射频放电的起辉过程以及降低射频放电的击穿电压(从2.36kV降至1.53kV),这是由于介质阻挡放电等离子体射流在射频放电区域中注入了等离子体子弹,这一点可以由放电图像强度和放电空间结构的时间演变看出。     

大气压介质阻挡辉光放电研究综述

大气压介质阻挡辉光放电由于不需要真空装置并且所产生等离子体均匀性好、电子温度与电子密度适中，在工业领域具有重要的应用前景，逐步成为低温等离子体的研究热点.文中综述了利用介质阻挡放电装置实现大气压辉光放电的研究进展，主要包括实验装置、检测手段、产生条件、产生机理和参数诊断等，最后对大气压辉光放电的未来研究进行了展望.     

中频域大气压介质阻挡放电中放电模式及其演化的数值模拟研究

最近的实验研究表明,在300 kHz–3 MHz的中频域,大气压氦气介质阻挡放电存在两种放电模式,即Ω模式和混合模式.为了深入研究中频域的放电模式与低频域(25–100 kHz)辉光放电模式及高频域(5–15 MHz)α模式之间的关系,本文借助于一维流体模型,数值模拟了中频域放电的这两种放电模式,并与实验结果进行了比较.数值研究表明,在中频域Ω模式下,传导电流及功率相对较小,带电粒子主要产生在放电间隙的中部,密度较低,电子加热方式主要为放电区域中部的欧姆加热.而中频域的混合模式,既体现了低频域的辉光放电模式的特点,比如阴极附近有很高的离子密度,电子产生及欧姆加热的区域均在鞘层内部,同时也体现了高频域的α模式的特点,比如在放电间隙中部有密度很高的等离子体区,这些计算结果均与实验观测定性一致.同时,进一步在固定电压的条件下研究了放电模式随频率的变化,指出中频域的混合模式实际是低频域的辉光放电模式与高频域的α模式之间的过渡阶段,本研究将有助于深化人们对大气压气体放电中放电模式之间转化的认识.