非对称DBD放电空间结构识别及丙纶改性研究

摘要

介质阻挡放电(DBD)能在常温常压下生成稳定的低温等离子体，当前已被大量应用于臭氧产生、材料表面处理、气体流动控制等诸多领域。在常温常压下DBD放电大多以丝状放电为主，而在材料表面改性等领域往往要求放电空间具有较高的均匀性。
　　本研究主要内容包括：⑴利用ICCD高速摄像技术结合电气参数测量手段对不同气体介质下非对称针—平板DBD的放电空间结构进行研究。发现在大气压条件下，气隙距离为12mm时，针—平板DBD在不同的气体介质中会存在不同的放电空间结构，当气体介质为氩气，放电电压为4kV时，放电电压的正半周期表现为丝状放电结构，在电压的负半周期放电通道呈现为分层结构，为类辉光放电形式；当气体介质为氮气，放电电压为12kV时，放电为电晕放电形式，仅针电极附近存在发光亮点。当放电电压升高到15kV，放电电压的正、负半周期会呈现不同的放电空间结构，正半周期为丝状放电结构，负半周期呈现类辉光分层空间结构。在空气条件下，放电电压为12kV时，存在和氮气条件下相似的电晕放电，而当放电电压为15kV时，在整个周期只表现出丝状放电空间结构。⑵提出利用图像处理技术中常用的灰度直方图(GLH)、傅里叶能量谱(FES)对筛网—平板DBD进行放电空间结构识别研究，并运用表示图像灰度u(x,y)离散程度的CV值对放电空间的均匀度进行定量评价。实验过程中发现在空气、氮气条件下，筛网—平板DBD放电空间会出现周期性放电结构向丝状放电结构的转变。周期性放电的灰度频率分布图呈类单高斯分布，但存在一个频率极大的异常灰度值，傅里叶能量谱表现为具有一定空间周期的规则结构。当放电电压增高到15kV时，丝状通道会发生相互融合，呈现丝状放电空间结构。灰度频率分布为混合高斯分布，傅里叶能量谱图像谱图中心区域则变为具有一定面积的椭圆形。在氩气条件下时，只要放电发生，其放电图像的灰度频率分布为混合高斯分布，傅里叶能量谱图像为具有一定面积的椭圆形。以上实验结果说明，在氮气、空气氛围中筛网—平板DBD放电过程中会发生放电空间结构的变化。本文进一步对筛网电极DBD的放电结构进行了优化研究，实验发现当筛网电极的网孔(L)足够小时，其放电图像的CV值可能会小于相同电极面积的平板DBD结构，即前者的放电空间的均匀性优于后者，这也为筛网电极在等离子表面改性中的应用提供了理论依据。⑶选择合适的筛网尺寸(L=0.26mm)，利用筛网电极DBD对丙纶样品进行了表面处理。实验表明经等离子体处理后的丙纶，其表面水接触角明显降低，可染性也得到了较大的提高。通过扫描电镜对其进行表面观察可知，处理过后的样品表面出现了等离子体刻蚀现象，表面粗糙度显著增加，从而提高了其亲水性。利用傅里叶红外光谱仪对处理过后的丙纶表面进行化学分析，发现其表面引入了大量的亲水性基团，如：N—H、—OH等。但其表面亲水性时效性较差，在空气中暴露数天后，亲水性基团吸收峰峰值会下降，同时表面亲水性也出现了明显下降。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 介质阻挡放电概念

1.3 DBD放电空间结构研究

1.4 DBD放电空间结构识别

1.5 DBD放电在材料表面处理上的应用

1.6 本文研究内容

2 针—平板DBD放电空间结构研究

2.1 实验装置与实验方法

2.2 实验结果分析

2.3 放电空间结构转变机理

2.4 本章小结

3 筛网—平板DBD放电空间结构研究

3.1 实验装置与方法

3.2 图像处理技术应用实例分析

3.3 筛网—平板DBD放电空间结构识别

3.4 大气压空气中筛网—平板DBD放电均匀度优化

3.5 本章小结

4 筛网—平板DBD对丙纶表面改性

4.1 实验装置与方法

4.2 实验样品的预处理

4.3 实验结果分析

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 本文总结

5.2 后续展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢