交叉場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。針對于此，本文設(shè)計了三種交叉場放電裝置以此來產(chǎn)生大面積等離子體羽，并對其放電特性和放電機制進(jìn)行了詳細(xì)研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用兩個相對放置的裸電極交叉場放電裝置產(chǎn)生了刷狀等離子體羽。通過高速錄像，發(fā)現(xiàn)該等離子體羽由一系列隨著氬氣流動方向移動的微

2、放電絲組成。隨著放電絲的移動，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有兩個區(qū)域：振幅增長區(qū)和振幅漲落區(qū)。隨著增加功率，振幅增長區(qū)的持續(xù)時間增加，而振幅漲落區(qū)的時間減小直到其完全消失。通過研究兩個區(qū)域中電壓、電流和總發(fā)光信號的細(xì)節(jié)，發(fā)現(xiàn)在振幅增長區(qū)，每半個電壓周期有一個電流脈沖和一個發(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，每半個電壓周期中有一個光信號脈沖和平均少于一個的電流脈沖。在一個漲落周期中，發(fā)光信

3、號依然每半電壓周期出現(xiàn)一個脈沖，但是電流信號只在電壓突變點附近出現(xiàn)兩個脈沖。利用同步觸發(fā)ICCD與電壓、電流和總發(fā)光信號的波形，發(fā)現(xiàn)在一個電壓包絡(luò)中，放電絲的長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動。⑵為了避免裸電極交叉場放電裝置中鎮(zhèn)流電阻介入導(dǎo)致的熱損耗，首創(chuàng)了基于鍥形介質(zhì)阻擋放電的交叉場等離子體刷。該等離子體刷可

4、以產(chǎn)生視覺上彌散的等離子體羽。利用發(fā)射譜線強度，發(fā)現(xiàn)該刷形等離子體羽具有很好的均勻性。通過高速錄像，研究了均勻等離子體羽的形成機制。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的輝光微放電絲組成的。但是，當(dāng)外加峰值電壓過高時，會在滑動放電絲上出現(xiàn)隨機的流光放電分枝。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制作了交叉場介質(zhì)阻擋放電等離子體刷，并用光學(xué)和電學(xué)方法對其放電特性進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)橫向交叉

5、場等離子體刷的長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方向移動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，等離子體刷的長度更長。通過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