阵列型大气压射频辉光放电等离子体发生器的设计及实验研究

摘要

大气压射频辉光放电等离子体射流是近年来兴起的一种新的大气压低温等离子体放电技术,目前是国际上等离子体科学与技术研究热点领域之一。它将大气压射频辉光放电气体击穿电压低、等离子体气体温度低、活性粒子浓度高的优点,以及等离子体射流将放电区域和工作区域分开的特点结合在一起,这使它在材料表面处理、消毒灭菌、生物育种等方面有巨大的应用优势。目前,大气压辉光放电冷等离子体单射流产生的等离子体尺寸均较小,在大面积材料表面处理应用中效率较低。因此,发展大尺度等离子体源、解决阵列型发生器面临的问题,获得均匀稳定的大面积等离子体是等离子体科技研究的重要方向。本文针对阵列型发生器的设计及实验研究做了以下工作:
　　1、九单元同轴阵列型发生器设计及特性研究。设计了一种新型的九单元同轴阵列型发生器,通过考察其电学性质研究该发生器的放电发展过程及放电特性。研究发现,在电压较低时,该发生器九个相同的单元在放电过程中,存在气体击穿不同步的现象;当电压足够高时,九个单元可以同时稳定放电。在外加电压不断增加的过程中,放电可以分为五个阶段,每个阶段的放电现象不同,所对应的放电特性也不相同。
　　2、电位器对阵列型等离子体发生器放电特性影响的研究。通过将两个结构相同但几何尺寸不同的同轴型等离子体发生器单元连接在一起组成简单的阵列结构,研究了在电路中串联一个阻值可调的电位器对于该阵列型等离子体发生器放电特性(如不同单元的击穿电压、放电的同步性等)的影响规律。实验研究发现,串联电位器能够对电路中的放电电流起到重新分配的作用,从而控制两个发生器单元的气体击穿时间和过程。
　　3、平板型阵列结构等离子体发生器设计和特性研究。设计了平板型阵列结构的等离子体发生器,进行了发生器内、外电极孔位相对位置及电极间距等参数对发生器放电特性影响规律的研究,分析了影响发生器放电特性的因素。另外,通过调节外电极上小孔之间的距离,可在发生器下游合适的位置处获得单一的、大面积均匀的等离子体,或者分立的、互不影响的多个等离子体两种不同形态的等离子体射流。
　　上述研究对于发展均匀稳定的、大面积的大气压射频辉光放电等离子体射流,深入研究不同等离子体射流发生单元间电场/流场的相互影响机制和规律,推动其在诸多领域的实际应用具有重要的理论意义和实用价值。

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第一章 绪言

1.1大气压气体放电等离子体概述

1.2 大气压辉光放电等离子体的实现方式

1.3大气压冷等离子体射流的研究现状

1.4论文的主要研究工作

第二章 实验设备和方法

2.1 电源系统

2.2 配气系统

2.3测量系统

2.4 实验平台结构示意图

第三章 同轴阵列型发生器的放电特性研究

3.1 九单元同轴阵列型发生器

3.2双射流发生器

3.3 本章小结

第四章 平板阵列型等离子体射流发生器的放电特性研究

4.1发生器的结构设计

4.2等离子体发生器电特性研究

4.3 内电极孔位对发生器电特性的影响

4.4 电极间距对发生器电特性的影响

4.5射流状态

4.6本章小结

第五章 结论

5.1 本论文研究工作总结

5.2 研究工作展望

致谢

参考文献

在校期间发表的学术论文和研究成果

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