双极电晕放电及其在空气净化中的应用

本文研制设计了一种基于双极电晕放电的新型无风机空气净化装置。实验研究了双极电晕的放电特性、离子风速、发射光谱及活性粒子种类和臭氧浓度,然后利用双极电晕净化装置进行了灭菌和去除挥发性有机化合物（VOCs）实验,并测试了净化装置的循环气量、噪声、副产物残余等性能参数。结果表明,双极电晕放电的伏安曲线满足经典汤森关系;介质板的利用有效避免了电极间火花放电的产生,使装置具有更高的操作电压和更大的离子风速。双极电晕产生的发射光谱以氮、氧和OH自由基的谱线为主。灭菌和去除VOCs实验表明,该双极电晕净化装置可在6 min左右完全杀灭金黄色葡萄球菌,相比于传统单极电晕（单针-环）或传统无介质层的双极电晕具有更高的杀菌效率;可以在120 min内使30 m3测试室初始浓度为1.06 mg/m3的甲醛（HCHO）降至0.1 mg/m3以下;而且臭氧、氮氧化物等副产物的浓度低,达到环境质量标准;净化装置的噪声小,满足相关标准的要求。     

针对室内空气污染处理的交直流耦合大气压辉光放电

通过构造交直流耦合电极结构,形成了较大面积的辉光放电并进行了空气净化研究。首先,研究了碳纤维螺旋电极的电场分布特征,分析了非均匀电场产生大气压空气辉光放电的可能性。其次,提出了碳纤维螺旋电极与网状电极的交直流耦合放电模式,分析了网状电极施加不同极性直流电压对电场分布的影响。结果表明,网状电极施加正极性直流电压时,利用碳纤维螺旋电极放电产生种子电子,可以在5 mm间隙内形成弥散的辉光放电。最后,利用制作的空气净化装置在60 min内将甲醛、TVOC和细颗粒物等污染物的浓度都降到国家标准以下。     

针-环-板电极结构下大气压He等离子体射流模拟研究

电极结构是影响大气压等离子体射流特性的一个重要因素,研究不同电极结构下等离子体射流的传播行为,对优化射流装置、满足不同的应用需求具有重要意义。本文采用二维轴对称流体模型,模拟研究了针-环-板电极结构下,当环电极所加电压及环电极位置不同时,大气压氦等离子体射流的传播行为。模拟结果显示,在模拟条件下,不论环电极位置如何,环电极接地时射流的电子密度都高于环电极与针电极接相同高压时射流的电子密度,而且射流结构也不受环电极位置影响。但是环电极的位置不同,射流的传播速度和传播距离不同。当环电极距离管口较远时,环电极接地产生的射流传播较快,与环接高压相比,相同时间内获得的射流更长;当环电极距离管口较近时,则环电极与针电极接相同高压产生的射流传播更快。文章中对这些行为形成的物理机制也进行了分析和讨论。     

正电晕放电等离子体降解甲醛气体

甲醛作为一种典型的挥发性有机物(VOCs),是室内空气污染的主要来源。近年来,大气压放电等离子体用于环境治理成为研究热点。本文设计制作了一种基于S型气体通道的多针对板的放电反应器,采用高压直流电源放电产生电晕,利用空气电离产生的活性成分来达到降解甲醛气体的目的。研究结果表明：随着施加电压的增高,甲醛降解率也随之提高,施加电压为18.5 kV时甲醛降解能量效率达到最大值;随着气体流速的增加,甲醛降解率随之降低,气体流量为30 L/min时能量效率最大;随着甲醛初始浓度的增加,降解率随之降低;在电晕放电所产生的成分中,臭氧与甲醛降解关系密切,有无甲醛两种条件下,放电生成的臭氧浓度变化与甲醛浓度变化规律相似;S型放电通道设计使等离子体降解甲醛更高效,在大流量处理甲醛气体的应用中具有现实意义。     

大气压脉冲调制射频放电中相关时间尺度效应的数值模拟

近年来,大气压射频放电由于可以产生大体积均匀的等离子体而引起人们极大的关注,引入脉冲调制后,所产生的脉冲调制等离子体与连续等离子体相比表现出不同的放电行为,这为研究大气压射频放电中不同的时间尺度关系提供了条件。本文基于一维流体模型,以首电流脉冲为研究对象,研究了电压变化时间(射频频率)、电压施加时长和电压关断时长对放电的影响,讨论了电场变化、带电粒子迁移与带电粒子扩散之间不同时间尺度的关系。计算结果表明,首电流脉冲现象仅出现在电压变化时间较短,即电压变化率较高的条件下;随着电压施加阶段的延长,首电流脉冲将明显增强,稳定后的放电电流也有所增加;随着电压关断阶段的延长,首电流脉冲先增强后减弱,稳定后的放电电流则一直减小。本文的研究有助于深刻理解大气压射频放电中不同时间尺度之间的关系,为实际应用中放电参数的选择提供理论依据。     

电极间距对表面介质阻挡放电产物生成的影响

表面介质阻挡放电可以产生大气压低温等离子体,在空气净化领域有着重大的应用前景。为探究电极间距对表面介质阻挡放电中臭氧及氮氧化物生成的影响,建立二维流体模型进行数值模拟研究。模拟结果表明,在微秒脉冲电压上升沿阶段电流脉冲的个数及幅值均随着电极间距的增大而减小;减小电极间距可以提高臭氧产量,但增大电极间距可以提高臭氧产率。另一方面,NO含量随着电极间距的增大而减少,其余氮氧化物含量几乎不变。本研究对表面介质阻挡放电中有效和有害物质进行了综合模拟分析,能够为表面介质阻挡放电臭氧发生器的设计和优化提供一定的参考。     

直流电压激励单电极氩气射流阵列的放电模式

大气压等离子体射流在诸多领域具有非常广泛的应用。为了提高大面积材料的处理效率,通常需要将多个射流排列为射流阵列,但由于阵列中等离子体羽间的相互作用,实际上很难产生大面积均匀等离子体羽。针对于此,本文利用直流电压激励单电极氩气射流阵列,产生了大面积均匀等离子体羽。研究发现,在低电压下放电为分立的等离子体羽,而高电压下为均匀片状等离子体羽。片状等离子体羽随着电压、氩气流量及空气流量的增加而变长。电学和光学测量结果表明,分立等离子体羽的放电电流和发光信号均为频率很高的小脉冲。片状等离子体羽的电流和发光信号为频率很低的大脉冲,并且在两个大脉冲之间也存在着小脉冲。利用高速影像对分立羽和片状羽的产生机制进行了研究。结果表明分立羽中阳极羽对应正流光放电机制,而阴极羽对应汤森放电机制。片状羽的击穿机制也是流光机制,流光击穿后会产生辉光放电丝,此后辉光微放电丝沿着气流向下游运动。此外,利用光纤测温仪对片状等离子体羽的气体温度进行了研究,发现片状等离子体羽的气体温度不超过65℃。     

基于微空心阴极的空气等离子体射流研究

本文采用钼片-陶瓷-钼片的三明治型结构,研究了微空心阴极放电产生的空气等离子体射流特性.钼电极和陶瓷层的厚度均为0.8 mm,中心为0.5 mm的通孔,以压缩空气作为放电气体.上述结构在正、负直流电源驱动下均能获得等离子射流.实验结果表明,对于相同放电电流和相同气流条件下,正直流电源驱动放电所获得的等离子体射流长度略大于负直流电源下的射流长度.当气流量较低时,气流为层流状态,放电可处于稳定的直流辉光模式;当气流量较高时,气流处于湍流状态,放电主要为自脉冲模式.在湍流模式下,射流长度均随气流量的上升而增加.     

基于密度泛函理论计算的二次电子发射对放电等离子体特性的影响

离子诱导二次电子发射(SEE)过程是低温等离子体的基本物理过程。电介质上的表面电荷在SEE过程中起着重要作用,从而影响放电等离子体动力学过程。不同于之前研究通过简化电子结构和表面电荷参数进行计算的模型,基于俄歇中和与密度泛函理论(DFT)模型,采用一种更精确的方法计算了含氮掺杂的氦气大气压介质阻挡放电(DBD)中介质表面有电荷累积的MgO的二次电子发射系数(SEEC),并在此基础上分析了其对DBD时空特性的影响。为了更直观地观察介质表面电荷对SEE过程的作用,引入放电过程中表面残留电荷较少的削波电压与正弦电压进行比较。结果表明,削波电压下的放电过程前后无明显变化,而正弦电压下放电峰值时刻的相位提前,电流幅值明显减小,电子的空间分布更加弥散,这不仅验证了本研究DFT模型计算的有效性,还为进一步研究DBD放电的物理过程奠定了理论基础。     

锌修饰三氧化钨薄膜光电极的制备及其光电化学性能

采用简单的阴极电沉积-浸渍法,在空气中经450 ℃热处理3 h后,制备得到Zn(Ⅱ)修饰三氧化钨(WO₃)薄膜光电极.根据X-射线粉末衍射(XRD)、拉曼(Raman)光谱、场发射扫描电镜(FE-SEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱和荧光发射光谱(PL)等表征技术,分析了Zn(Ⅱ)的含量对WO₃薄膜光电极的结构、形貌和光学性能的影响.通过在0.2 M的Na₂SO₄溶液、外加电压为0.8 V条件下的光电流测试表明,当Zn(Ⅱ)的相对原子比为9.99%时其光电性能最好,光电流值是纯WO₃电极的3.5倍;外加电压为0.8 V下的光电催化降解孔雀绿(MG)测试实验结果表明,其光电催化活性是纯WO₃的2倍.Raman光谱表明一部分Zn(Ⅱ)以ZnO的形式附着在WO₃的表面.附着在WO₃表面上的ZnO对WO₃所产生的光生电子 空穴对起到了有效分离的作用,使WO₃的光电化学性能和光电催化活性得以提高.     

基于发射光谱的大气压脉冲调制氩表面波等离子体的特性

以微波表面波形式激励的大气压放电等离子体能够在远离发生器的区域产生高密度等离子体且无需波导约束电磁波传输,从而提高了实际应用中微波耦合等离子体的处理效率和可操作性。本文介绍了表面波等离子体源的装置结构及其放电机制。基于等离子体发射光谱,利用Hα谱线的斯塔克展宽法和谱线-连续谱比值法分别诊断了等离子体中电子密度和温度,研究了脉冲调制等离子体在放电过程中电子密度和温度随瞬时功率、调制频率和轴向位置的变化规律,以及氩原子谱线强度的时间演化,并讨论了对电子密度和温度的影响机制以及等离子体余辉过程中激发态氩原子的产生机制。结果表明,等离子体电子密度可达～1015 cm-3且与局域微波耦合能量密度呈正相关,而电子温度受外部条件的影响相对较小,激发态氩原子主要由类似沙哈平衡过程控制。     

高重复频率纳秒脉冲放电特性

纳秒脉冲放电可用于产生非平衡态等离子体,提高脉冲重复频率有利于提高纳秒脉冲放电中的等离子体参数。采用脉冲重复频率达到30 kHz的纳秒脉冲电源放电产生大气压等离子体,并研究了放电特性及等离子体参数。结果表明在重复频率较高的情况下,击穿电压和击穿时延仍随重复频率的增加而持续下降,但降幅减少,出现饱和现象。计算了放电功率和单脉冲能量随频率的变化,发现高重复频率下,虽然单脉冲放电能量不断降低,但由于单位时间内脉冲个数的增加,放电总功率随脉冲重复频率的增加而不断增加。此外,通过Ar原子光谱获得的电子温度为0.8～2.5 eV,证明高重复频率纳秒脉冲放电产生的等离子体为典型的非平衡态等离子体。本研究能够为高重复脉冲纳秒脉冲放电的应用中反应条件优化提供参考。     

基于非对称分子的全碳分子器件的负微分电阻及整流行为

使用基于非平衡格林函数和密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究苯环连接碳链构成的非对称分子与石墨烯电极组成的分子器件的电子输运性质。通过计算,我们发现该分子器件表现出明显的负微分电阻现象和整流行为,通过分析分子自洽哈密顿量和前线分子轨道,发现整流行为的出现是由于不同方向的外加电场导致前线分子轨道能级的非对称移动造成的,而负微分电阻是因为在某些特定电压下电导通道被压制,使得电流迅速降低而形成的。 更多还原     

直流辉光放电光谱分析铜合金的基本特性研究

用自行组装的直流辉光放电原子发射光谱（ｄｃ Ｇ Ｄ Ａ Ｅ Ｓ）仪器对分析铜合金的某些基本特性进行了研究 探讨了光源放电室结构、放电气体压力、放电电压等操作参数以及试样尺寸大小对放电性能及元素谱线强度的影响,并进行了优化 考察了在不同放电气压条件下样品的溅射率和优化条件下辉光放电的稳定性最后,分析了铜合金标准样品中的 Ａｌ和 Ｍｎ,结果较满意     

用准平衡能带模型研究MIS结构场增强非平衡瞬态

本文研究了线性电压作用下MIS结构的电场增强非平衡I/V瞬态.本文除了考虑到深能级中心在非稳态条件下有随时间而改变的产生率以外,还考虑了深能级中心的电场增强产生载流子效应.在研究中我们采用了较简单的准平衡能带模型来分析有效产生区宽度.文中对于位于禁带中部的深能级中心的MIS结构给出了具体的结果.     

低成本脉冲源驱动的纳秒脉冲等离子体固氮

纳秒脉冲等离子体在环境工程领域与生物医学领域有着广阔的应用前景。本文介绍了一种集成度较高、成本较低的kHz脉冲电源和一种简单、实用的等离子体发生装置。本文所提及的脉冲电源的成本在2000元以内,电压峰值、放电频率均可通过修改电路元件参数进行调节。该等离子体放电装置在大气压条件下可产生体积为25cm×25cm×2cm的均匀等离子体区,放电装置的工作气体为空气或氮气。将雾滴通过等离子体放电区域后,等离子体中的气相NOx、O和OH-等粒子溶解在雾滴中,并通过一系列反应形成NO-2、NO-3和NH+4,从而实现大气压条件下的低温等离子体固氮。     

纳秒脉冲激励Ar/PDMS介质阻挡放电特性

介质阻挡放电(DBD)因其能够在大气压下产生大面积等离子体,在材料改性领域具有广阔应用前景。为获得高活性、可调控、适用于憎水改性的DBD等离子体,本文以聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为憎水性反应媒质,以Ar作为工作气体,采用纳秒脉冲电源激励产生介质阻挡放电。改变电压幅值、重复频率、上升沿时间等激励源参数,通过电学特性、发光特性和光谱特性诊断方式,获得了激励源参数与放电均匀性和粒子活性的关系。结果表明,重复频率对粒子活性影响最显著,随着重复频率增加,光谱强度显著增大,粒子活性增强,这对于提高憎水改性效果具有显著作用。此外,增大电压幅值和上升沿时间也可提高粒子活性,但增大电压幅值会导致放电均匀性下降,而上升沿时间超过200 ns会对粒子活性产生抑制作用。     

纳米TiO_2杂化PI薄膜的制备与性能

用1,4-双(4-氨基苯氧基)苯(144BAPB)与联苯四酸二酐(BPDA)在N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶剂中常温发生聚合反应且在其中添加纳米粒子TiO2而制得一系列不同TiO2含量的PI/TiO2杂化膜。研究了杂化膜的结构、吸湿性、耐电晕性和光学性等。结果表明,在TiO2含量为18%时,杂化膜同时具有良好的疏水性和极好的抗电晕性,这些特性有助于其在航空、电子、变频电机等行业中应用的进一步推广;通过紫外-可见分光光度计分析发现,随着TiO2掺杂量的增加,PI/TiO2杂化膜的可见光透过率下降十分显著。     

同轴火花隙值得进一步研究

一、与激光相竞争1972年,密执安州立大学Zynger和Crouch在美国应用光谱学会全国会议上提出:在短荧光光谱学的研究中,采用同轴电容经钨电极在大气中放电,能产生兆瓦级毫微秒火花,可同激光相竞争.它和普通光源相比,优点是:(1)脉冲短;(2)功率高;(3)噪声低.它和氮分子激光器相比,优点是;(1)光频可调;(2)结构简单;(3)造价低廉.该装置的主要指标是:光脉冲衰退时间7～15ns,波长从2000(?)到5700(?)的积分峰值功率约为10~6W.它的长度是42.2cm.     

BaCe0.8Zr0.10Nd0.10O3-α的质子导电性及在常压合成氨中的应用

在较低的温度(分别在1 150℃,1 550℃下灼烧和烧结)下热处理碳酸盐共沉淀前驱体,制得了致密的BaCe0.8Zr0.10Nd0.10O3-α陶瓷样品。采用SEM及XRD方法对该陶瓷样品的结构进行了表征,采用交流阻抗谱、氢浓差电池及电导率的氢同位素效应等电化学方法研究了陶瓷样品在氢气气氛中的质子导电性能,成功地将该陶瓷样品应用于常压合成氨。结果显示:该陶瓷样品具有钙钛矿型结构;在湿润的氢气气氛(含水蒸气体积分数约为3%)中,(300～600)℃下几乎为纯的离子导体,高于600℃为离子与电子的混合导体,离子导电为主,电导率最大值为1.66×10-2 S.cm-1;在620℃、外加直流电1.2mA时的氨产率达到1.27×10-9 mol.s-1.cm-2。