环氧树脂的等离子体表面梯度刻蚀及沿面闪络性能研究

结合等离子体表面刻蚀方法与梯度改性方法,实现了氧化铝/环氧树脂表面的等离子体梯度刻蚀。利用扫描电子显微镜(SEM)、表面轮廓仪、X射线光电子能谱分析(XPS)、高阻计、闪络电压和表面电位测试系统,对比了未处理、等离子体均匀刻蚀、等离子体梯度刻蚀三种情况的样片表面形貌、化学元素和电气参数,研究了等离子体梯度刻蚀对沿面闪络性能的提升机理。结果表明,等离子体表面刻蚀可提升环氧树脂表面粗糙度、提高样片表面电导率、浅化陷阱能级以及提升沿面闪络电压。等离子体梯度刻蚀对闪络电压的提升效果要优于等离子体均匀刻蚀,相比于未处理样片最大可提升26.5%。分析认为针-针电极的电场分布可划分为三结合点处附近的高场强区和电极之间的低场强区,加快高场强区的表面电荷消散速率并适当控制低场强区表面电荷迁移速率,可以最大程度地提升样片整体的沿面闪络性能。     

直流电晕充电下环氧树脂表面电位衰减特性的研究

介质材料表面电荷的积累和衰减行为是制约众多高压直流电力设备研制的关键因素. 薄片状介质试样的表面电荷密度与表面电位近似呈线性关系, 因此常通过表面电位衰减行为研究表面电荷的衰减特性. 基于电晕充电、表面电荷沉积和脱陷、介质体内单极性电荷输运等3个物理过程, 建立表面电位动态响应的物理模型. 通过计算环氧树脂的表面电位衰减行为, 得到栅极电压、相对介电常数和体电导率等对其表面电位衰减特性的影响. 栅极电压越高, 表面电位的衰减速度越快; 环氧树脂材料参数典型值(相对介电常数3.93, 体电导率10^-14 S· m^-1)下, 归一化表面电位的衰减速率随时间变化的曲线可拟合为分段幂函数, 其中, 分段幂函数的特征时间、指数系数与栅极电压分别呈幂函数和线性变化关系. 相对介电常数越大, 表面电位的衰减速度越慢; 环氧树脂相对介电常数典型范围(3–4)内, 表面电位衰减时间常数由1720 s增大到2540 s, 两者呈线性关系. 体电导率越大, 表面电位的衰减速度越快; 环氧树脂体电导率典型范围(10^-15–10^-13 S· m^-1)内, 表面电位衰减时间常数由24760 s 减小到260 s, 两者呈幂函数变化关系.     

交流和纳秒脉冲Ar/H2O介质阻挡放电聚丙烯材料表面亲水改性对比研究

为了提高等离子体对聚合物材料表面处理的应用效果,优化亲水处理的条件,研究了交流和纳秒脉冲氩气介质阻挡放电（DBD）中添加适量H₂O,对聚丙烯（PP）亲水改性的处理效果。利用电学和光学诊断方法,系统地对比了交流DBD和纳秒脉冲DBD的放电特性,结果表明,纳秒电源驱动DBD具有更高的放电瞬时功率,更好的放电均匀性和更高的能量效率。通过测量不同水蒸气含量下DBD的OH发射光谱强度,确定了PP材料亲水性处理中H₂O添加的最优含量。利用交流和纳秒脉冲电源驱动DBD分别对PP材料进行亲水改性的处理,测量了不同条件下改性处理后的表面水接触角,并利用原子力显微镜（AFM）和傅里叶红外光谱（FTIR）分别对处理前后PP材料的表面物理形貌和表面化学成分进行分析。结果发现,经DBD处理后PP材料的水接触角明显降低,表面粗糙度明显增大,表面的亲水性含氧基团,羟基（?OH）和羰基（C=O）的数量大幅增加。相比交流电源,纳秒脉冲DBD处理的改性效果更好,其处理后的材料表面水接触角,比交流DBD处理的低5°左右,表面粗糙度也有所提升。而水蒸气的加入可使PP材料的表面水接触角进一步减小4°左右,表面粗糙度明显提升。研究结果为优化DBD聚合物材料表面改性实验条件及处理的效果提供了重要的参考依据。     

利用发射光谱进行常压介质阻挡放电等离子体诊断及其在材料表面改性上的应用(英文)

使用介质阻挡放电光谱诊断装置,对常压介质阻挡放电在材料改性过程中的等离子体发射光谱进行测量,记录和比较了空气、氦气和氩气常压介质阻挡放电等离子体发射光谱,并运用氩元素谱线的相对强度来诊断电子温度等物理参量,以达到对材料表面改性过程的实时监控。工作的结果对常压介质阻挡放电及其在材料改性上的应用具有重要的意义     

等离子体表面梯度硅沉积对环氧树脂电气性能的影响

环氧树脂作为常见的绝缘材料,在高压直流电场作用下易在其表面积累电荷,发生电场畸变,导致材料绝缘性能下降,影响电力系统运行可靠性。为改善气固界面的电荷特性和绝缘性能,在大气压等离子体射流技术的基础上,对环氧树脂表面进行等离子体梯度硅沉积处理。对改性前后环氧树脂表面理化特性、表面电导率、表面电荷消散和沿面耐压特性进行了多参数测量。实验结果表明,梯度改性对材料表面的物理形貌和化学组分均有明显影响,不同区域的电导率实现了梯度分布,加快了表面电荷消散速度,表面陷阱能级变浅;梯度改性后的样品沿面闪络电压提升幅度可达30.16%。通过等离子体表面梯度硅沉积处理能够改善环氧树脂表面电气性能,在高压直流设备的绝缘设计方面具有广阔的应用前景。     

纳秒脉冲放电对聚对苯二甲酸乙二酯憎水改性

基于自主研制的ns脉冲电源(上升沿约70ns,脉宽约100ns)激励介质阻挡放电产生大气压低温等离子体,在CF4气氛下对聚对苯二甲酸乙二酯(PET)表面进行了憎水改性处理,测量了改性前后的薄膜表面的水接触角,给出了CF4气流量、放电电压、处理时间和CF4比例等参数对改性效果的影响规律。结果表明,大气压ns脉冲DBD表面处理能够实现PET材料的憎水性,改性后的PET表面水接触角由66°提高到最大100°。     

共面介质阻挡放电特性研究

对共面介质阻挡放电(DBD)的放电过程进行了实验和理论研究. 在实验中设计了分段电极方法来获取放电过程中不同位置上的局域电流和光辐射特性，得到了阴极上等离子体的扩展速度，并与二维流体数值模拟结果进行了比较. 结果表明，在共面DBD的暂态放电过程中，电极上空等离子体区域始终存在有不均匀电场，导致了不同位置上放电电流和光辐射分布的不一致. 同时研究还表明，在DBD放电过程中应当考虑表面光致二次电子发射. 关键词： 介质阻挡放电 分段电极 放电特性     

常压介质阻挡放电等离子体发射光谱诊断及其在材料表面改性中的应用

使用介质阻挡放电光谱诊断装置,分析了常压等离子体放电电流与放电间隙的变化关系,提出了“放电临界间隙”的概念,记录和比较了空气和氩气常压介质阻挡放电等离子体发射光谱,并运用同一元素谱线的相对强度来诊断电子温度等物理参量,以达到对材料表面改性过程的实时监控。工作的结果对常压介质阻挡放电及其在材料改性中的应用具有重要的意义。     

常压介质阻挡放电等离子体发射光谱的检测分析

以常压介质阻挡放电等离子体作为研究对象,在常温常压条件下使用介质阻挡放电光谱诊断装置,得到N2第二正系跃迁和Ar原子发射谱线。通过对放电光谱的检测分析,可以察知常压介质阻挡放电等离子体的特性,并可运用同一元素谱线的相对强度来诊断电子激发温度等物理参量,以达到对材料表面改性过程的实时监控,工作的结果对常压介质阻挡放电及其在材料改性的应用中具有重要的意义。     

重复频率纳秒脉冲介质阻挡放电对聚对苯二甲酸乙二酯表面改性

介绍了0.1 MPa下的纳秒脉冲介质阻挡放电(DBD)对聚对苯二甲酸乙二酯(PET)材料表面进行的亲水性改善。分别采用均匀和丝状放电模式对PET表面改性处理,并采用水接触角测量、原子力显微镜观察、X射线光电子能谱分析对改性材料进行表面分析。实验发现介质阻挡放电处理后PET表面水接触角明显减小,接触角从78°下降到25°,但随处理时间的增加有饱和效应;PET表面粗糙程度增加,亲水性含氧基团被引入,从而改善了材料表面亲水性;纳秒脉冲下的均匀DBD比丝状DBD处理效果更为显著。     

纳秒脉冲表面介质阻挡放电特性实验研究

在常规大气环境条件下,基于单极性纳秒脉冲电源对表面介质阻挡放电特性进行了实验研究。结果表明:纳秒脉冲表面介质阻挡放电的本质是丝状放电,放电集中在电压脉冲的上升沿;激励电压和脉冲重复频率越大,放电越强烈,越接近均匀放电,但电压的作用更侧重于均匀性,而频率的作用则侧重于放电的强度;电极间隙的优化可以使表面介质阻挡放电特性最好;玻璃作为阻挡介质时容易发生沿面闪络。     

米量级常压等离子体改性装置及其在纺织材料改性中的应用

介绍了自制的1m尺度介质阻挡电连续表面改性处理装置。论述了米量级常压介质阻挡放电的物理特性,探讨了介质阻挡放电的电压、功率、频率等电学参量之间的关系。给出了使用此装置连续对涤纶(PET)织物、熔喷PBT非织造布和羊毛织物三种纺织材料进行改性实验结果,得到了相应的扫描电子显微镜(SEM)图片,分析了材料表面改性的原因。     

电荷电压法测量DBD等离子体的放电参量

在DBD应用研究中，使用电荷电压法能够测量许多重要参量，如放电功率、放电间隙等效电容、电介质层等效电容、着火电压、放电间隙等效电压及放电间隙电场强度等．同时根据电荷电压图形随工作条件及状态变化的情况还可以诊断DBD等离子体的工作稳定性．文章对相关原理、模拟实验结果及实际应用效果进行了介绍．     

Formation of hydrophobic coating on PMMA surface using unipolar nanosecond-pulse DBD in atmospheric air

Dielectric barrier discharge (DBD) can modify the material surface and result in complicated physical and chemical reactions to improve the surface hydrophilicity, which is proved to be an effective method for surface modification. Compared with the traditional ac-excitation DBD, the DBD using unipolar pulses can avoid local overheat of microdischarges and can improve discharge efficiency under some conditions. In this paper, DBD excited by repetitive unipolar nanosecond generator was used to improve the hydrophobicity of Plexiglass (PMMA) surface by means of the interaction between air plasma and silicone oil. The output voltage had a rise time of 40 ns and a full width at half maximum of about 70 ns. The surface hydrophobicity of the PMMA, before and after the surface modification, was evaluated via the contact angle measurement under different experimental conditions. The values of the contact angle shown in this paper were the average of eight measured values, and the standard deviations were also calculated. The surface energy including polar and dispersion components was calculated using the measured average contact angles of distilled water and polyethyleneglycol. The results showed that, as the increase of the discharge voltage, the contact angle increased but the surface energy decreased. With the increase of treatment time, the water contact angle of the modified surface increased at the beginning, and it would reach to a maximum at 7.5 min treatment, and then decreased. The effect of pulse frequency on the modification results was different at various treatment times. In addition, the possible physical and chemical reaction among the DBD plasma, silicone oil and the PMMA surface was discussed.     

同轴介质阻挡放电发生器介质层等效电容和负载特性研究

大气压介质阻挡放电(DBD)可以在常压下产生非平衡等离子体,已经成为热点研究领域.通过脉冲或交变电源激发放电,研究电源输出特性、电源与放电发生器负载间的匹配和外界条件对放电的影响对于理解放电现象和提高放电效率具有重要意义.本文采用Lissajous图形法,分别研究了驱动电压、气流速率等因素影响同轴DBD发生器介质层等效电容及负载幅频特性的规律.结果表明,气流速率和驱动电压等外界条件影响DBD发生器的负载特性:介质层等效电容随气流速率增大而减小,随驱动电压增大而增大;幅频特性曲线均表现出RLC回路谐振现象,谐振频率随气流速率增大而增大,随驱动电压增大而减小.通过对比发现,介质层等效电容随频率的变化曲线与幅频特性曲线具有一致的特征,介质层等效电容是影响电路谐振频率动态变化的主要因素.提出了一种有关介质层等效电容的形成机制.     

Effect of atmospheric pressure dielectric barrier discharge air plasma on electrode surface

In order to study the influence of plasma on electrode, atmospheric pressure dielectric barrier discharge (DBD) air plasma is employed here to treat copper electrode surface. Plasma is generated between the parallel plate electrodes by means of high voltage produced by a high-frequency power supply with transformer. Electrode surface alterations induced by air plasma are investigated by using field emission scanning electron microscope (FE-SEM), X-ray energy dispersion spectroscopy (EDS) and contact angle measurement. The results show that DBD air plasma removes the organic contaminant on surface and causes electrode surface roughness, oxidization and nitridation. In addition, surface wettability is also improved, as concluded from contact angle measurements.     

常压射流等离子体发射光谱研究

使用改进介质阻挡放电装置生成常压射流等离子体,采用光纤光栅光谱仪在300～1 000 nm范围记录了不同放电电压的氩气发射光谱,并比较了空气和氩气常压介质阻挡放电等离子体发射光谱,分析发现氩气发射光谱中的谱线都是氩原子的发射谱线,表明常压射流装置产生的等离子体全部为氩等离子体,而无其他空气成分参与放电。为测量电子激发温度,选用相距较近的763.51和772.42 nm两条光谱线对电子温度进行分析,结果表明电子激发温度的范围在0.1～0.3 eV,而且它还随着放电电压的增加而增加。初步使用“红外测温仪”测量被处理材料表面温度,结果发现材料表面的温度也随着放电电压的增加而增加,范围在50～100 ℃,材料表面温度的变化趋势可以近似表征等离子体宏观温度变化趋势。通过分析常压射流等离子体的温度特性,探讨了常压射流等离子体温度对材料改性研究的意义。