交叉場(chǎng)等離子體刷氬氣放電的特性研究.pdf

1、大氣壓非平衡低溫等離子體中有許多種類的活性粒子，在各領(lǐng)域中都有非常廣泛的應(yīng)用。在某些應(yīng)用領(lǐng)域中，需要較大面積的均勻等離子體。然而，如何產(chǎn)生大面積的大氣壓均勻等離子體仍是一大難點(diǎn)。針對(duì)于此，本文設(shè)計(jì)了三種交叉場(chǎng)放電裝置以此來(lái)產(chǎn)生大面積等離子體羽，并對(duì)其放電特性和放電機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用兩個(gè)相對(duì)放置的裸電極交叉場(chǎng)放電裝置產(chǎn)生了刷狀等離子體羽。通過(guò)高速錄像，發(fā)現(xiàn)該等離子體羽由一系列隨著氬氣流動(dòng)方向移動(dòng)的微

2、放電絲組成。隨著放電絲的移動(dòng)，氣隙電壓的振幅周期性變化。形成的電壓包絡(luò)在較低的消耗功率時(shí)有兩個(gè)區(qū)域：振幅增長(zhǎng)區(qū)和振幅漲落區(qū)。隨著增加功率，振幅增長(zhǎng)區(qū)的持續(xù)時(shí)間增加，而振幅漲落區(qū)的時(shí)間減小直到其完全消失。通過(guò)研究?jī)蓚€(gè)區(qū)域中電壓、電流和總發(fā)光信號(hào)的細(xì)節(jié)，發(fā)現(xiàn)在振幅增長(zhǎng)區(qū)，每半個(gè)電壓周期有一個(gè)電流脈沖和一個(gè)發(fā)光脈沖，并且脈沖在電壓峰值周期性出現(xiàn)。在振幅漲落區(qū)中，每半個(gè)電壓周期中有一個(gè)光信號(hào)脈沖和平均少于一個(gè)的電流脈沖。在一個(gè)漲落周期中，發(fā)光信

3、號(hào)依然每半電壓周期出現(xiàn)一個(gè)脈沖，但是電流信號(hào)只在電壓突變點(diǎn)附近出現(xiàn)兩個(gè)脈沖。利用同步觸發(fā)ICCD與電壓、電流和總發(fā)光信號(hào)的波形，發(fā)現(xiàn)在一個(gè)電壓包絡(luò)中，放電絲的長(zhǎng)度和其最小阻抗值隨放電絲遠(yuǎn)離出氣口而增加，并且一個(gè)電壓包絡(luò)的周期與微放電絲的壽命基本相同。所有的結(jié)果表明，電壓波形中類鋸齒包絡(luò)的形成可以歸因于放電絲的周期性運(yùn)動(dòng)。⑵為了避免裸電極交叉場(chǎng)放電裝置中鎮(zhèn)流電阻介入導(dǎo)致的熱損耗，首創(chuàng)了基于鍥形介質(zhì)阻擋放電的交叉場(chǎng)等離子體刷。該等離子體刷可

4、以產(chǎn)生視覺(jué)上彌散的等離子體羽。利用發(fā)射譜線強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)該刷形等離子體羽具有很好的均勻性。通過(guò)高速錄像，研究了均勻等離子體羽的形成機(jī)制。結(jié)果表明在較低的外加峰值電壓下，均勻等離子體羽是由一系列滑動(dòng)的輝光微放電絲組成的。但是，當(dāng)外加峰值電壓過(guò)高時(shí)，會(huì)在滑動(dòng)放電絲上出現(xiàn)隨機(jī)的流光放電分枝。從等離子體刷的發(fā)射光譜中可以得出等離子體羽中存在大量的活性粒子。⑶制作了交叉場(chǎng)介質(zhì)阻擋放電等離子體刷，并用光學(xué)和電學(xué)方法對(duì)其放電特性進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)橫向交叉

5、場(chǎng)等離子體刷的長(zhǎng)度隨著電壓峰值和氣體流量的增加而增加。其放電功率也是隨著電壓峰值的增加而增加。研究發(fā)現(xiàn)刷形等離子體羽是由一系列沿著氬氣流動(dòng)方向移動(dòng)的扭曲微放電絲組成的。微放電絲的壽命基本遵循正態(tài)分布，其最可幾壽命為2.7 ms。為了改善其均勻性，在橫向交叉場(chǎng)介質(zhì)阻擋放電氣道上游加入輔助介質(zhì)阻擋放電裝置。在上游輔助介質(zhì)阻擋放電的幫助下，等離子體刷的長(zhǎng)度更長(zhǎng)。通過(guò)分析等離子體刷像素標(biāo)準(zhǔn)差分布發(fā)現(xiàn)有輔助介質(zhì)阻擋放電的等離子體刷均勻度更好。此外