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.     

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.     

介质阻挡放电等离子体流动控制技术的研究进展

概括了介质阻挡放电等离子体流动控制技术的潜在应用前景;介绍了介质阻挡放电等离子体流动控制的基本机理,列举了流动控制技术的优势;从实验研究、数值模拟研究、机理研究3个方面阐述了国内外的研究现状;指明了其中存在的关键问题及其解决途径;分析了中国开展此项研究的科研基础。     

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.     

氮气大气压介质阻挡放电发射光谱诊断

用发射光谱法对氮气大气压介质阻挡放电等离子体进行了诊断,测出了N2(C^3∏g-B^B∏g)的337．1nm谱线强度随气体流量、电极间距、放电电压以及放电频率的变化规律．发现光强在气体流量为300mL／min或电极间距为1．5mm时有一个最大值;光强随放电电压及频率的增加而增强．但放电频率或电压增加到某一值时,光强的增强产生了突变,这时放电从丝状介质阻挡放电转变成准辉光介质阻挡放电;测得了放电电压电流波形、电压-电荷李萨如图形、时间分辨的发射光谱,发现丝状介质阻挡放电的微放电通道是随机分布独立存在的,相互不受影响;而准辉光介质阻挡放电的微放电通道之间产生叠加,并相互影响。     

脉冲电压对大气压脉冲放电等离子体射流的影响

在固定脉冲频率及占空比的情况下,研究脉冲电压对大气压脉冲放电等离子体射流长度的影响。分析脉冲放电的电流电压波形、等离子体射流的光发射强度的时空演化过程以及等离子体子弹速度的变化。结果表明:等离子体子弹随脉冲电压的增大由单子弹变为双子弹再变为单子弹;射流长度相应地先增长然后趋于稳定,射流长度由增长转变为稳定的转变电压正好处于形成双子弹的脉冲电压附近。     

大气压下介质阻挡放电的发射光谱

为了研究大气压下气体介质阻挡放电的微观机理,利用Maya2000-pro光谱仪采集了气体介质阻挡放电的发射光谱,分析了介质阻挡放电型低温等离子体反应器的放电参数、气体体积流量和气体组分对发射光谱强度的作用规律,并依据气体放电发射光谱研究了放电空间的活性物质和氮气氩气混合气的放电机理.结果表明:大气压下氮气放电会产生第2正带系的跃迁辐射光谱;氮气放电的特征谱线强度随激励电压峰峰值与放电频率的升高而增大;氮气放电的激发态物质种类不随放电参数的改变而改变;在放电功率不变的情况下,特征谱线强度随气体体积流量变化不明显;氮气氩气混合气放电时,观察到明显的潘宁效应,且气体放电的击穿电压峰峰值随混合气中氩气体积分数的升高而下降.     

电压幅值对均匀介质阻挡多脉冲大气压辉光放电的影响

基于一维流体力学模型,数值模拟研究了大气压下氦气中多脉冲均匀介质阻挡放电的性质,讨论了所加周期折线函数电压的幅值对多脉冲放电的相邻电流脉冲之间的时间间隔、放电装置的功率等电学特性的影响．模拟结果显示,当电压斜率不变,幅值变化时,不仅电流脉冲数目发生变化,而且相邻电流脉冲之间的时间间隔也发生变化,同时,放电装置功率的有效利用率也在不断变化．     

不同结构介质阻挡放电的放电特性

研究了在大气压氮气流中、不同激励电源电压条件下，具有单、双两种电介质层结构的介质阻挡放电装置的放电特性，利用CCD影像技术和放电电压-电流波形进行了分析和讨论。结果表明，无论是哪种结构的介质阻挡放电，在大气压、氮气条件下微放电是介质阻挡放电等离子体的本质，在通常条件下观察到的大气压窄间隙介质阻挡放电等离子体均匀而强烈的放电形貌实际上是放电集体作用的结果。     

大气压脉冲放电等离子体的研究现状与展望

近年来,大气压脉冲放电等离子体研究受到了人们的格外关注.研究表明与交流驱动相比,脉冲放电产生大气压等离子体具有许多优势,如它的VUV、氧原子、及臭氧的产生效率高;峰值电流密度、电子密度、及电子产生效率也更高;在对介质表面处理时能达到更好的处理效果和更高的效率;还更易产生均匀的大面积等离子体;所产生等离子体的非平衡性更高;灭菌效果也更好等优点.但是,对于脉冲放电的放电机理,放电模式,及脉冲参数(上升沿和下降沿、重复频率、脉冲宽度等)对放电效果的影响,现在的研究还非常有限,且很零散.这一方面是由于大气压放电诊断本身就很困难,另一方面,由于脉冲放电快速的时空演化过程进一步加大了对其诊断的难度.再者,对其研究还受到脉冲电源参数的限制.本文对国际上大气压脉冲放电等离子体最新研究的代表性研究成果做了一个综述,并对今后的研究方向提出了几点建议.     

微等离子体喷枪及其应用

 微等离子体喷枪是一类重要的微等离子体源,已成为近年国际上低温等离子体研究的热点课题之一。与常规等离子体喷枪相比,微等离子喷枪具有低功耗、低温度、高密度等特性。由于电极间隙小,适合于高气压或大气压下运行,因而微等离子体喷枪具有体积小、易于集成、便携等优势。目前研制的微等离子体喷枪主要有直流微空心阴极型、高频微DBD型、射频电容耦合型、射频电感耦合型、微波耦合型等放电形式。现阶段,微等离子体喷枪已在半导体制造领域、生物医学领域、航天推进领域进入了实用化阶段。本研究组研究制作了高频微DBD和射频电容耦合型结构的喷枪,将其应用于光刻胶去胶、材料表面改性及微生物灭菌领域,并对喷枪的放电特性进行了研究。基于本研究组的实验研究,本文综述了已有的各种微等离子体喷枪,介绍了各种微等离子体喷枪的结构和工作原理,以及在不同领域的研究和应用状况。     

轴对称等离子体射流的实验研究

等离子体射流具有广泛的应用前景。建立了轴对称等离子体射流的模型,得出层流状态下等离子体射流的长度与流量成正比。采用Ne、He、Ar在大气压下用介质阻挡放电的手段得到了等离子体射流,发现层流状态下等离子体射流长度与模型结论一致,但是随着激励电压的升高和气体流量的增大,等离子体射流会发生从辉光放电到丝状放电、从层流到湍流的转捩,射流长度会先增大后减小;工作气体的不同对等离子体射流的性质也有重要影响。     

Research progress in the study of atmospheric pressure glow barrier discharge

Atmospheric pressure glow barrier discharge (APGBD) can operate at high pressure, and so vacuum device is not necessary. Furthermore, the produced plasma by APGBD has moderate electron temperature and density besides good uniformity. Therefore, APGBD has extensive potential applications in industry and has been becoming a hot issue in the research of low temperature plasma. In this paper, the main problems in the study of atmospheric pressure glow discharge generated by dielectric barrier discharge, including the experimental setup, judging criterion, discharging conditions, physical mechanisms, and parameter diagnoses, are discussed, and further research prospects of APGBD are proposed.     

Research progress in the study of atmospheric pressure glow barrier discharge

Atmospheric pressure glow barrier discharge (APGBD) can operate at high pressure, and so vacuum device is not necessary. Furthermore, the produced plasma by APGBD has moderate electron temperature and density besides good uniformity. Therefore, APGBD has extensive potential applications in industry and has been becoming a hot issue in the research of low temperature plasma. In this paper, the main problems in the study of atmospheric pressure glow discharge generated by dielectric barrier discharge, including the experimental setup, judging criterion, discharging conditions, physical mechanisms, and parameter diagnoses, are discussed, and further research prospects of APGBD are proposed.     

等离子体表面处理装置

设计了一种利用介质阻挡放电产生等离子体对材料表面进行处理的新型表面处理装置.此装置采用交流高压驱动,在每个电压半周期内放电次数达到4次甚至更多次,能够产生大量的等离子体.此装置产生的等离子体距离待处理材料近,对等离子体具有较高的利用率,在工业应用方面具有较高的应用前景.     

介质阻挡放电中等离子体子弹的速度

利用针板介质阻挡放电装置,采用光学方法对大气压长间隙空气放电的等离子体羽特性和等离子体子弹速度进行了研究.结果表明:改变外加电压等离子体羽长度会发生变化.利用光电倍增管采集光信号对等离子体子弹速度进行了研究,发现等离子体子弹的速度与针板间距、外加电压以及针尖直径有关.利用光谱仪采集放电的发射光谱,发现放电等离子体中存在OH自由基、氧原子等多种活性粒子,表明该放电在生物医疗领域具有重要的应用价值.     

空气等离子体条件下丙烯氧化反应

为研究空气等离子体对丙烯的活化作用,在室温和常压下,采用介质阻挡放电法,考察玻璃反应器材质种类及长度对丙烯转化率、环氧丙烷选择性及其他产物分布的影响.实验结果表明:介质阻挡放电法可转化丙烯和空气直接生成环氧丙烷;玻璃反应器材质种类对丙烯环氧化反应有显著影响;在其他条件不变的情况下,随着反应器长度增加,丙烯转化率迅速增加,环氧丙烷、丙醛和丙烯醛等C3类氧化产物的摩尔分数均降低.     

非热等离子体条件下丙烯气相环氧化

研究了介质阻挡放电等离子体对分子氧和丙烯直接合成环氧丙烷（PO）的活化作用．丙烯、氧等离子体是在室温和大气压下、在筒（线）-筒式反应器中通过介质阻挡放电产生的．实验中主要考察了输入功率在3种不同体系中分别对丙烯转化率、PO选择性的影响．反应物及各产物通过在线色谱法进行分析．实验数据表明：在室温和大气压下,用介质阻挡放电法可转化丙烯和氧气直接生成PO．在总反应气流速为160．8mL／min,输入功率为4．6W,V（GH6）：V（O2）=1：200的条件下,丙烯转化率及PO的选择性分别为〉80％和〉30％．He和TS-1催化荆的加入有利于增加PO在有机氧化产物中的选择性．     

低温等离子体脱硫技术研究进展

 SO₂气体排量大、污染重,传统的脱硫技术存在经济、技术等方面局限,而低温等离子体技术用于净化污染气体具有脱除效率高、适用性广等优点。介绍了电子束、电晕放电、介质阻挡放电3种低温等离子体技术脱除SO₂的研究进展,分析了其技术机理、影响因素,并讨论了低温等离子体脱硫技术的可能研究趋势。