射頻大氣壓放電中OH自由基發(fā)射光譜測量氣體溫度的研究.pdf

1、射頻(Radio Frequency, RF)大氣壓輝光放電(Atmospheric Pressure Glow Discharge, APGD)具有運(yùn)行成本低、擊穿電壓低、活性粒子密度高等優(yōu)點(diǎn)，因此，廣泛應(yīng)用于材料表面處理、薄膜沉積、殺菌消毒、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。在大氣壓放電中，電子與中性粒子頻繁碰撞，氣體溫升效應(yīng)非常嚴(yán)重。氣體溫度影響擊穿電壓、粒子密度、放電模式轉(zhuǎn)變等放電特性。氣體溫度也是工業(yè)應(yīng)用的一個重要參數(shù)。對熱敏材料處理、活性生物

2、組織進(jìn)行治療時，氣體溫度需要控制在一定的范圍之內(nèi)。目前，有多種測量氣體溫度的技術(shù)，主要分為兩種測量方式：侵入式和非侵入式。在射頻大氣壓放電中，一般利用激發(fā)態(tài)的發(fā)射光譜測量氣體溫度，這種方法優(yōu)點(diǎn)非侵入式、簡便、靈敏度高。盡管已有的RF APGD研究工作揭示了，隨著放電功率增加，放電模式由α模式轉(zhuǎn)變?yōu)棣媚Ｊ街?，氣體溫度保持不變，但其結(jié)果存在問題。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴等離子體放電剛擊穿時，放電系統(tǒng)內(nèi)部存在溫升效應(yīng)，需要待其達(dá)到

3、熱平衡之后，進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)測量。待放電系統(tǒng)穩(wěn)定之后，研究了ICCD不穩(wěn)定性和曝光量對背景噪聲的影響。研究結(jié)果表明：ICCD中的探測器制冷至-25攝氏度時，系統(tǒng)未達(dá)到熱平衡，需要等待約70分鐘至其內(nèi)部系統(tǒng)達(dá)到熱平衡。ICCD達(dá)到熱平衡后，曝光量對背景噪聲也有影響。曝光量對背景噪聲的影響主要是暗電流引起的，初次測量需要進(jìn)行約十五次曝光，有效的降低了曝光量對背景噪聲的影響。⑵在射頻大氣壓放電中，隨著放電功率增加，OH自由基發(fā)射光譜峰值發(fā)生單調(diào)藍(lán)

4、移。進(jìn)一步分析可知，這種移動不是儀器誤差，而是隨著放電功率增加造成的碰撞頻移。本實(shí)驗(yàn)采用LIFBASE擬合軟件計算氣體溫度。不計入碰撞頻移時，分別采用了兩種方式計算氣體溫度：只在最小功率進(jìn)行波長修正和每個功率下都進(jìn)行波長修正。兩種計算結(jié)果都出現(xiàn)問題：隨著放電功率增加，氣體溫度反而降低，放電模式由α模式轉(zhuǎn)化為γ模式之后，隨著放電功率增加，氣體溫度保持不變。計入碰撞頻移后，反?，F(xiàn)象消失，最佳擬合溫度對應(yīng)的Chi-square誤差值變化小，放

5、電模式由α模式轉(zhuǎn)變?yōu)棣媚Ｊ街螅S著放電功率增加，氣體溫度增加。兩種結(jié)果比較表明，在射頻大氣壓放電中，采用OH自由基發(fā)射光譜測量氣體溫度時，必須要考慮碰撞頻移。利用Ar發(fā)射光譜的譜線展寬驗(yàn)證了放電轉(zhuǎn)變?yōu)棣梅烹娔Ｊ街?，氣體溫度隨放電功率變化的物理變化規(guī)律。結(jié)果表明：放電轉(zhuǎn)變?yōu)棣梅烹娔Ｊ街?，Ar譜線依然加寬，驗(yàn)證氣體溫度確實(shí)增加。⑶在不同的進(jìn)氣方式（進(jìn)氣孔與電極板平行和進(jìn)氣孔與電極板垂直）時分別測量了RF APGD中的電壓、電流波形和O