脈沖調(diào)制常壓射頻介質(zhì)阻擋輝光放電物理過程的數(shù)值模擬.pdf

1、大氣壓射頻輝光等離子放電可以在常壓下進(jìn)行，放電裝置不受真空室尺度和形狀的限制，便于連續(xù)化生產(chǎn)加工。操作簡單、便攜的優(yōu)勢使其在多個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如材料表面改性、半導(dǎo)體刻蝕、有害物質(zhì)處理、消毒等。尤其在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用引起了人們更多的關(guān)注，常壓等離子體可以直接作用于人或動物的身體，而這在低氣壓下是無論如何也實現(xiàn)不了的。然而，射頻輝光放電過高的頻率會導(dǎo)致放電不穩(wěn)定，容易發(fā)生放電模式的轉(zhuǎn)換:由均勻的輝光放電變成高溫的弧光放電，不利于處

2、理對溫度敏感的材料，限制了大氣壓射頻放電在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。所以在高強(qiáng)度放電下控制放電的均勻穩(wěn)定性問題成為了科學(xué)研究的重點。
　　本文針對脈沖調(diào)制射頻容性放電過程，建立自洽的一維無碰撞流體模型對放電進(jìn)行數(shù)值模擬。模型中以氬氣為背景氣體，考慮了六種主要放電粒子和包括電離、激發(fā)等在內(nèi)的十種反應(yīng)。研究內(nèi)容分為兩部分:第一部分研究添加脈沖電源對等離子體放電特性的影響，主要研究脈沖開啟階段、放電穩(wěn)定階段、脈沖關(guān)閉階段，脈沖對放電電壓、電流密

3、度、粒子密度、電子溫度和電場強(qiáng)度的影響;第二部分重點探討了不同放電參數(shù)下的放電特點。模型中改變的放電參數(shù)有脈沖占空比、脈沖開啟時間、脈沖頻率等。
　　模擬結(jié)果表明，添加脈沖調(diào)制電源對放電起到了很好的控制作用。脈沖開啟達(dá)到穩(wěn)定后，時間平均的各粒子密度、電子溫度以及電場強(qiáng)度的空間分布與沒有脈沖調(diào)制的射頻放電一致;脈沖開啟（或關(guān)閉）時，放電電壓和電流密度會及時響應(yīng)并迅速增大（或減?。?脈沖關(guān)閉后，粒子由于擴(kuò)散作用會向兩側(cè)介質(zhì)極板運(yùn)動，但

4、帶電粒子不會完全消失，剩余的帶電粒子會參與下一次放電的點火。
　　固定脈沖關(guān)閉時間，改變開啟時間對電子、氬亞穩(wěn)態(tài)分子的時間平均分布影響較為明顯，其密度會隨著脈沖開啟時間的增加而增大，但是對電子溫度和電場強(qiáng)度幾乎沒有影響;當(dāng)固定脈沖占空比20％時，改變脈沖頻率，放電電流密度幅值在脈沖頻率較低(＜20KHz)時，電流密度幅值變化緩慢，當(dāng)調(diào)制頻率大于20KHz時，電流密度峰值迅速下降;當(dāng)固定脈沖占空比90％時，改變脈沖頻率，放電電流密度