交叉场等离子体刷氩气放电的特性研究

摘要

大气压非平衡低温等离子体中有许多种类的活性粒子，在各领域中都有非常广泛的应用。在某些应用领域中，需要较大面积的均匀等离子体。然而，如何产生大面积的大气压均匀等离子体仍是一大难点。针对于此，本文设计了三种交叉场放电装置以此来产生大面积等离子体羽，并对其放电特性和放电机制进行了详细研究。
　　本研究主要内容包括：⑴利用两个相对放置的裸电极交叉场放电装置产生了刷状等离子体羽。通过高速录像，发现该等离子体羽由一系列随着氩气流动方向移动的微放电丝组成。随着放电丝的移动，气隙电压的振幅周期性变化。形成的电压包络在较低的消耗功率时有两个区域：振幅增长区和振幅涨落区。随着增加功率，振幅增长区的持续时间增加，而振幅涨落区的时间减小直到其完全消失。通过研究两个区域中电压、电流和总发光信号的细节，发现在振幅增长区，每半个电压周期有一个电流脉冲和一个发光脉冲，并且脉冲在电压峰值周期性出现。在振幅涨落区中，每半个电压周期中有一个光信号脉冲和平均少于一个的电流脉冲。在一个涨落周期中，发光信号依然每半电压周期出现一个脉冲，但是电流信号只在电压突变点附近出现两个脉冲。利用同步触发ICCD与电压、电流和总发光信号的波形，发现在一个电压包络中，放电丝的长度和其最小阻抗值随放电丝远离出气口而增加，并且一个电压包络的周期与微放电丝的寿命基本相同。所有的结果表明，电压波形中类锯齿包络的形成可以归因于放电丝的周期性运动。⑵为了避免裸电极交叉场放电装置中镇流电阻介入导致的热损耗，首创了基于锲形介质阻挡放电的交叉场等离子体刷。该等离子体刷可以产生视觉上弥散的等离子体羽。利用发射谱线强度，发现该刷形等离子体羽具有很好的均匀性。通过高速录像，研究了均匀等离子体羽的形成机制。结果表明在较低的外加峰值电压下，均匀等离子体羽是由一系列滑动的辉光微放电丝组成的。但是，当外加峰值电压过高时，会在滑动放电丝上出现随机的流光放电分枝。从等离子体刷的发射光谱中可以得出等离子体羽中存在大量的活性粒子。⑶制作了交叉场介质阻挡放电等离子体刷，并用光学和电学方法对其放电特性进行研究。研究发现横向交叉场等离子体刷的长度随着电压峰值和气体流量的增加而增加。其放电功率也是随着电压峰值的增加而增加。研究发现刷形等离子体羽是由一系列沿着氩气流动方向移动的扭曲微放电丝组成的。微放电丝的寿命基本遵循正态分布，其最可几寿命为2.7 ms。为了改善其均匀性，在横向交叉场介质阻挡放电气道上游加入辅助介质阻挡放电装置。在上游辅助介质阻挡放电的帮助下，等离子体刷的长度更长。通过分析等离子体刷像素标准差分布发现有辅助介质阻挡放电的等离子体刷均匀度更好。此外，有辅助介质阻挡放电的等离子体刷起始电压更低、消耗功率较高。通过高速成像，研究发现有辅助介质阻挡放电的等离子体羽是由一系列辉光微放电丝组成的，并且比没有辅助介质阻挡放电的微放电丝更平滑。

目录

声明

第1章 引言

第2章 实验设备与测量方法

2.1 实验设备

2.2 同步记录放电电压、放电电流与ICCD照片的方法

2.3 微放电丝阻抗的计算方法

2.4 放电均匀度的计算方法

第3章 裸电极交叉场氩气等离子体刷的放电特性

3.1 裸电极交叉场氩气等离子体刷的放电装置

3.2 裸电极交叉场氩气等离子体刷的放电特性

3.3 小结

第4章 锲形交叉场DBD氩气等离子体刷的放电特性

4.1 锲形交叉场DBD氩气等离子体刷的放电装置

4.2 锲形交叉场DBD氩气等离子体刷的放电特性

4.3 小结

第5章 横向交叉场DBD氩气等离子体刷的放电特性

5.1 针针TDBD氩气等离子体刷的放电装置

5.2 针针TDBD氩气等离子体刷的放电特性

5.3 有ADBD的交叉场TDBD等离子体刷的放电装置

5.4 有ADBD的交叉场TDBD等离子体刷的放电特性

5.5 小结

第6章 总结

参考文献

致谢

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