基于原子力显微镜的微间隙空气放电研究

摘要

微放电等离子体已广泛应用于诸多领域,但是汤逊放电理论不能合理解释介观尺度空气放电现象,为了深入探究微小间隙空气放电特性和确定场致发射对微放电的作用和机理,基于手动精密位移台和原子力显微镜(AFM)构建能实现微米距离控制的针板电极结构,研究了两种尺寸针板电极在大气压下、施加直流电压时的微间隙放电现象及机理.试验结果表明微间隙放电机理与长间隙有很大不同,间隙为15μm左右时针板裸电极可在空气中、常压下发生辉光放电;AFM针板电极不发生辉光放电,间隙小于2μm后预击穿电流变化趋势与Fowler-Nordheim公式描述的一致,击穿电压不随间隙距离变化,呈现场致发射放电机制.阴极场致发射放电导致负极性击穿电压低于相同间隙正极性击穿电压.通过AFM实现了针板电极放电微区域的定位和原位形貌表征.