含氧混合气体射流放电臭氧发生特性研究

摘要

等离子体射流放电技术具有广阔应用空间，已经受到越来越多的关注。其优势在于可以将放电等离子体产生的化学活性成分“吹出”放电区域，可以解决处理工件大小受放电电极间隙限制的工艺瓶颈，同时放电区与作用区的分离可以减弱工件特性对放电稳定性的影响。射流放电技术被广泛应用在医疗、环境等众多领域。在这些应用场合中不仅要求放电稳定，而且需要产生多种化学活性成分满足不同应用需要。含氧气体中的射流放电是产生活性氧物种的常用方案，但是放电在产生诸多氧物种的同时也会不可避免地产生臭氧，而臭氧对于有些应用场合是不利的，例如:医疗领域。本文研究等离子体射流放电的臭氧产生过程，探索含氧混合气体中臭氧产生行为的规律性。
　　分别以Ar、He为载气，通入一定比例的O2，构成含氧混合气体。利用三电极放电电极结构，施加千赫兹的交流电压，探究含氧混合气体中产生臭氧的行为。通过测量放电电压电流数据和放电照片，分离出放电传导电流，进行电学诊断。研究了电流脉冲峰值，电流脉冲宽度、电流脉冲个数、电流脉冲峰值位置相对电压峰值的超前量随放电参量的变化规律。探讨了多个参量如气体种类、电压峰值、电源频率、放电气压、氧气含量、放电功率，电极间隙对臭氧浓度的影响和相关规律，结合机理分析，证实了射流放电中臭氧产生和分解的一些动力学行为。结果表明，射流放电中臭氧的形成是一个动态过程，其合成和分解是同时发生，放电气体中臭氧浓度是两种动力学过程平衡的结果，放电参量对于臭氧形成都具有双向作用，因此存在峰值条件。
　　为了提高射流放电强度，对放电结构进行了改造，实现了直流增强型射流放电。放电方案是:将直流增强电压加在中间驱动电极上，在环形悬浮电极上施加交流驱动电压，接地电极保持。研究了在此放电结构下，Ar/O2、 He/O2混合气体中臭氧浓度随直流正偏压、直流负偏压及施加直流偏压位置的变化，结果表明:施加直流电压之后，射流放电体积和放电功率都有增强，达到了增强放电电子密度的目标。与此同时，臭氧的浓度可以维持几乎不升高。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 射流放电中的臭氧产生机理及其应用技术

1．1．1 等离子体射流放电技术

1．1．2 介质阻挡放电的特点及臭氧合成与分解

1．2 本文研究的主要内容

2 实验系统与技术

2．1 实验装置

2．2 射流放电的电学诊断方案

2．3 臭氧浓度检测技术

2．4 气体温度测量方法

3 含氧混合气体中介质阻挡射流放电特性

3．1 载气种类对放电特性的影响

3．2 氧气比例对放电特性的影响

3．3 驱动电压对放电特性的影响

3．4 放电气压对放电特性的影响

3．5 电源频率对放电特性的影响

4 射流放电中臭氧的产生

4．1 含氧混合气体中射流放电臭氧的产生

4．1．1 氧气含量对臭氧浓度的影响

4．1．2 气体压强对产生臭氧的影响

4．1．3 峰值电压对产生臭氧的影响

4．1．4 频率对臭氧浓度的影响

4．1．5 放电间隙对臭氧浓度的影响

4．1．6 不同载气中臭氧的分解行为

4．2 直流增强射流放电的臭氧产生行为

4．2．1 直流负偏压对臭氧浓度的影响

4．2．2 直流正偏压对臭氧浓度的影响

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢