高壓脈沖輔助大氣壓射頻輝光放電數(shù)值模擬研究.pdf

1、大氣壓射頻輝光放電是一種產(chǎn)生等離子體的有效方法，它具有低成本(無(wú)需昂貴的真空設(shè)備)、均勻性好以及產(chǎn)生等離子體密度高等優(yōu)點(diǎn)。其在表面改性、材料合成和生物殺毒等領(lǐng)域內(nèi)具有廣泛的潛在應(yīng)用。然而，在實(shí)際應(yīng)用中由于射頻放電的不穩(wěn)定性導(dǎo)致其應(yīng)用前景受到限制。相比射頻放電,脈沖放電在放電期間具有更高的電子產(chǎn)生率,電子平均能量和表面處理效率等優(yōu)點(diǎn)。為了結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn),我們?cè)谏漕l輝光放電中引入一個(gè)高壓脈沖，以獲得放電強(qiáng)度高而且穩(wěn)定的輝光放電。目前對(duì)于高壓

2、脈沖輔助下的射頻輝光放電的放電機(jī)理,放電動(dòng)力學(xué)過程以及脈沖參數(shù)對(duì)射頻放電特性影響的研究還有待深入。
　　本論文以氦氣為放電氣體,利用數(shù)值模擬對(duì)大氣壓下的高壓脈沖輔助大氣壓射頻輝光放電進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。首先利用自洽流體模型建立了一維大氣壓下的高壓脈沖輔助無(wú)介質(zhì)射頻輝光放電模型和一維大氣壓下的高壓脈沖輔助介質(zhì)阻擋射頻輝光放電模型,通過對(duì)放電的宏觀參量，包括外加電壓、氣體電壓和電流密度的分析,發(fā)現(xiàn)在高壓脈沖在極板附近產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)，出現(xiàn)

3、放電電流峰值。脈沖放電熄滅后，放電電流值下降很快而電子密度的下降緩慢，脈沖放電對(duì)帶電粒子密度的增強(qiáng)效果可以持續(xù)至射頻放電階段。無(wú)介質(zhì)脈沖輝光放電中僅有一個(gè)電流密度峰值出現(xiàn),而在介質(zhì)阻擋脈沖輝光放電中有兩次電流峰值出現(xiàn)，第一次發(fā)生在脈沖上升沿階段,第二次發(fā)生在脈沖下降沿階段。另外，通過對(duì)電子密度時(shí)空演化規(guī)律的分析,得到了在無(wú)介質(zhì)脈沖放電和介質(zhì)阻擋放電中,電子都被保持在主等離子體區(qū)。在兩種放電中對(duì)電子平均能量的時(shí)空演化規(guī)律的分析表明：由于鞘

4、層區(qū)域內(nèi)存在的強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度，加速了電子與離子的運(yùn)動(dòng)，使電子能量增加。電子能量最大值出現(xiàn)在極板附近，遠(yuǎn)高于主等離子區(qū)。
　　為了更深入的了解高壓脈沖輔助大氣壓射頻輝光放電的機(jī)理,研究了不同脈沖參數(shù)(脈沖電壓幅值，脈沖寬度，脈沖升降沿和脈沖關(guān)閉與射頻開啟的時(shí)間間隙)下的無(wú)介質(zhì)放電和介質(zhì)阻擋輝光放電對(duì)于放電效果的影響。對(duì)不同電壓脈沖特性的研究顯示，放電電流和電子密度峰值隨著脈沖電壓的增強(qiáng)而升高；通過對(duì)不同脈寬放電的放電特性分析，發(fā)現(xiàn)脈寬幾