脉冲微放电发射光谱用于合金样品元素分析

利用大气压脉冲微放电剥蚀源对铝合金进行光谱分析。该针板结构微放电装置具有价格低廉、操作便捷、分析快速等特点。脉冲放电能瞬间注入极大的放电能量,不致使样品融化,进而保证放电的稳定性。在几微秒的时间内,对钨针电极施加近-4 000 V的高压,电极间迅速形成放电通道,针尖和样品之间形成高达20 A的电流,造成对样品的剥蚀,并对被剥蚀的粒子进行激发。单次放电脉冲注入能量约为8.5 mJ,能量以电流的形式传递于放电电极。剥蚀形貌图表明放电微等离子体局域在电极间隙,针尖轴向上的能量传递和电流密度远高于离轴区域。为了深入研究剥蚀机制和物理性质,对等离子体源的电学特性进行了讨论。通过精确的时序拍摄技术观测了等离子体的演化过程,从ICCD相机的快速成像结果可以看到等离子体源寿命与脉冲高压放电源的脉宽相当,发光强度与放电电流变化趋势相吻合。与光谱分析装置相连接,脉冲微放电剥蚀源可有效激发合金样品中的铝、镁、锰、铜等元素原子谱线。对放电过程等离子体光谱特性进行考察,利用玻尔兹曼斜线法和Stark展宽法计算等离子体电子温度和电子数密度,分别得到过程中等离子体电子激发温度约6 700 K,等离子体电子数密度约1017 cm-3量级,并验证了放电处于局域热平衡状态。探究其定量分析性能,结果表明该脉冲微放电等离子体直接作为一种光谱分析源可实现对铝合金样品快速定量分析。     

大气压 Ar／NH3同轴介质阻挡放电发射光谱诊断

采用光谱在线技术（OES）检测了大气压 Ar／NH3 DBD 等离子体中的主要粒子为 NH,N,N+,N2, Ar,Hα,OH。NH 是 NH3分解的产物,激发态 Ar*和 NH3分子的潘宁碰撞生成激发态中性粒子 NH（c 1Π）和 NH（A 3Π）。674．5 nm 处 N 原子谱线表明等离子体中产生了 N 活性原子,为大气压 Ar／NH3同轴介质阻挡放电等离子体合成ε-Fe3 N 磁性颗粒提供了可能。研究了各主要粒子谱线强度随 NH3流量和外加电压峰峰值的变化规律,研究结果表明：NH3流量相同时,随外加电压峰峰值升高,各粒子谱线强度均逐渐增强;外加电压峰峰值相同时,各谱线强度随 NH3流量增加先增强后减弱。外加电压峰峰值相同时,随 NH3流量增加,N 活性原子谱线强度先增强后减弱,NH3流量为20 mL·min－1时,N 活性原子谱线强度最强。NH3流量相同时,随外加电压峰峰值升高,N 活性原子谱线强度逐渐减小,主要是由于大气压 Ar／NH3 DBD 放电模式由多脉冲大气压辉光放电转变为丝状放电造成。多脉冲大气压辉光放电的微放电通道之间相互重叠,各个微放电之间相互影响,导致随外加电压峰峰值升高各谱线强度的增加速率较快。当外加电压峰峰值从4600 V 升高到6400 V 时,大气压 Ar／NH3 DBD 的放电模式由单脉冲 APGD 转变为二脉冲 APGD,属于均匀大气压介质阻挡放电,随外加电压峰峰值升高谱线强度的增加速率较快,利于合成ε-Fe3 N 磁性颗粒。     

大气压Ar/NH_3同轴介质阻挡放电发射光谱诊断（英文）

采用光谱在线技术(OES)检测了大气压Ar/NH_3 DBD等离子体中的主要粒子为NH,N,N~+,N_2,Ar,H_α,OH。NH是NH_3分解的产物,激发态Ar~*和NH_3分子的潘宁碰撞生成激发态中性粒子NH(c~1Ⅱ)和NH(A~3Ⅱ)。674.5 nm处N原子谱线表明等离子体中产生了N活性原子,为大气压Ar/NH_3同轴介质阻挡放电等离子体合成ε-Fe_3N磁性颗粒提供了可能。研究了各主要粒子谱线强度随NH_3流量和外加电压峰峰值的变化规律,研究结果表明:NH_3流量相同时,随外加电压峰峰值升高,各粒子谱线强度均逐渐增强;外加电压峰峰值相同时,各谱线强度随NH_3流量增加先增强后减弱。外加电压峰峰值相同时,随NH_3流量增加,N活性原子谱线强度先增强后减弱,NH_3流量为20 mL·min~(-1)时,N活性原子谱线强度最强。NH_3流量相同时,随外加电压峰峰值升高,N活性原子谱线强度逐渐减小,主要是由于大气压Ar/NH_3DBD放电模式由多脉冲大气压辉光放电转变为丝状放电造成。多脉冲大气压辉光放电的微放电通道之间相互重叠,各个微放电之间相互影响,导致随外加电压峰峰值升高各谱线强度的增加速率较快。当外加电压峰峰值从4 600 V升高到6 400 V时,大气压Ar/NH_3 DBD的放电模式由单脉冲APGD转变为二脉冲APGD,属于均匀大气压介质阻挡放电,随外加电压峰峰值升高谱线强度的增加速率较快,利于合成e-Fe_3N磁性颗粒。     

大气压电解液阴极辉光放电发射光谱检测水体中的金属残留

水环境中的金属残留严重威胁人类的健康安全,急需快速、高效的金属残留检测技术。文章报道了自行建立的大气压电解液阴极辉光放电发射光谱装置。利用待测液体作为放电阴极进行大气压辉光放电实现了水体中金属离子的痕量检测。对配制的标准样品进行了定量测量,基于背景发射光谱的3σ计算,获得了大气压电解液阴极辉光放电光谱装置对Na, Li, Cu, Pb和Mn等5种金属元素的检测限,分别为0.008, 0.005, 1.1, 2.06和1.95 mg·L-1。该装置在金属残留的实时在线检测领域具有应用前景。     

使用斯塔克展宽计算大气压射频介质阻挡放电氮气等离子体的电子密度

大气压射频等离子体是近几年发展起来的一种新型非平衡等离子体。以氮气掺杂少量氩气为放电气体,实现了大气压射频介质阻挡放电。利用发射光谱对放电进行在线诊断研究,并分析谱线线型,从中分离出谱线的Stark线型,从而计算出放电通道的电子密度。研究了单个放电通道中电子密度的空间分布并测量了通道同一位置的电子密度随放电输入功率的变化。结果显示,在放电通道中部,当放电输入功率由138W增加至248W,电子密度由4.038×1021 m-3升高至4.75×1021 m-3。     

常压氩/氮射频容性放电冷等离子体的发射光谱诊断

实验中在大气压下在射频(13.56 MHz)容性耦合的平板形金属电极的构型中实现了氩/氮射频α模式的辉光放电.首先,采用发射光谱的方法测量了氮分子(C 3Ⅱu)谱线随氮气含量的变化;其次,使用玻耳兹曼斜率法估算了OH谱带(A2∑+→X 2Ⅱ)的转动温度,并得到等离子体温度随输入功率的变化规律.最后,选取氮的第二正带(C...     

大气压直流激励空气等离子体羽发光的时空演化

在针-针电极结构的放电装置中以环境空气作为工作气体,大气压下产生了刷形等离子体羽。尽管使用的是直流电源,但放电发光呈现出脉冲性质,发光脉冲频率几乎不受气体流速的影响,但与电源输出功率成正相关关系。等离子体羽的长度与气体流速或者电源功率成正相关关系。通道出口附近,777.4 nm的氧原子谱线强度分布是非对称的,阴极附近处的谱线强度高于阳极附近处的谱线强度。远离通道出口位置,谱线强度逐渐趋于轴对称分布。电学特性和10 μs曝光高速影像结果表明,空气等离子体羽实际上是由拱形放电丝在远离通道出口的运动过程中叠加而成,同时放电从弧光放电丝向均匀辉光放电转化。     

大气压介质阻挡辉光放电中放电电流的测量与分析

介质阻挡放电产生的低温等离子体具有广泛的应用前景而成为研究热点。文章利用平行平板介质阻挡放电装置,在流动的氦气中实现了大气压均匀辉光放电,得到了大气压下的均匀等离子体。利用电学方法将放电电流从总电流中分离出来,从而得到了辉光放电的放电电流。通过分析放电电流、外加电压、气隙上电压以及壁电荷电量之间的相互关系,可以研究气体放电过程中壁电荷积累的微观动力学行为。实验结果表明壁电荷主要是在放电电流脉冲持续期间积累的,但电流脉冲结束后,由于气隙电压没有改变极性,壁电荷还会逐渐积累,气隙电压改变极性后,壁电荷量随时间减小。这些结果对壁电荷在介质阻挡辉光放电中作用的深入研究和大气压介质阻挡辉光放电的工业应用具有重要意义。     

从大气压到超低气压范围的氦等离子体发射光谱的基本特性

采用三种实验装置(介质阻挡放电装置、空心阴极放电装置和彭宁放电装置)分别测量了不同压强范围内氦等离子体的发射光谱。通过对氦等离子体发射光谱的分析,已观察到一个共同的特点,就是在三种放电条件下产生的氦等离子体中31P1→21S0的谱线强度总是最强,可以推测亚稳态氦原子的含量相当显著,但不同的装置也有不同的特点,介质阻挡放电装置能够产生准辉光放电,谱线中氦原子的谱线强度很低,而空心阴极放电与彭宁放电装置能够产生稳定均匀的等离子体,且发射足够强的光辐射。我们已对所拍摄的光谱的谱线都进行了辨认,所有结果表明原子发射光谱分析法是研究不同条件下氦等离子体状态的一种十分有效的手段。     

10-2～105 Pa气压范围的氦等离子体光谱分析

采用三种实验装置(介质阻挡放电装置、空心阴极放电装置和彭宁放电装置)分别测量了不同压强范围内氦等离子体的发射光谱.通过对氦等离子体发射光谱的分析,已观察到一个共同的特点,就是在三种放电条件下产生的氦等离子体中31P1→21S0的谱线强度总是最强,可以推测亚稳态氦原子的含量相当显著,但不同的装置也有不同的特点,介质阻挡放电装置能够产生准辉光放电,谱线中氦原子的谱线强度很低,而空心阴极放电与彭宁放电装置能够产生稳定均匀的等离子体,且发射足够强的光辐射.我们已对所拍摄的光谱的谱线都进行了辨认,所有结果表明原子发射光谱分析法是研究不同条件下氦等离子体状态的一种十分有效的手段.     

直流大气压辉光放电高能电子密度的空间分布

利用针阴极和水阳极,在6 mm的空气隙产生了大气压空气辉光放电。该大气压辉光放电具有明显的负辉区、正柱区和阳极辉区等明亮的发光区。通过研究放电的电压电流特性,发现该放电处于亚辉光放电到正常辉光放电阶段。由于氮分子第二正带系337.1 nm的光谱强度反映高能电子密度,对337.1 nm谱线的强度进行了空间分辨测量。结果发现高能电子在针尖附近密度最大,而其他区域相差不多。随电压升高,高能电子密度减少。增大限流电阻,高能电子密度也减少。氧原子对杀菌消毒具有重要作用,利用发射光谱法对氧原子谱线强度的空间分布进行了测量,发现氧原子谱线强度与高能电子的空间分布及其随参数的变化关系一致。     

Characteristics of DC discharge in a wire-cylinder configuration at high ambient temperatures

In the present work, the characteristics of direct-current (DC) discharge in a wire-cylinder configuration at an ambient temperature range of 350–850 °C were studied by analyzing photographs of the discharging process and the corresponding V–I characteristics, with the aim of facilitating the application of plasma technology in the fields of energy and the environment. The influences of the ambient temperature, the inter-electrode gap, the gas medium and the cathode material on the DC discharge were investigated. The corona-onset threshold voltage (COTV) and the spark-breakdown threshold voltage (SBTV) decrease as the ambient temperature increases, and the SBTV decreases more rapidly. Increasing the inter-electrode gap enlarges the difference between the SBTV and the COTV. After spark breakdown, in an air atmosphere, glow discharge is more likely to take place under conditions of high ambient temperatures or small inter-electrode gaps. The values of the SBTV in different atmospheres have the following relation: air ≈ O₂ > CO₂. At an ambient temperature range of 350–850 °C and in an atmosphere of N₂, glow discharge and arc discharge occur successively as the output voltage of the power supply is increased, while in an atmosphere of O₂ and CO₂, only corona and arc discharge are successively observed. In an air atmosphere, when the inter-electrode gap is 29 mm, corona, glow and arc discharge occur successively with increasing output voltage when the ambient temperature is 850 °C, while only corona and arc discharge appear when the temperature is 350–750 °C. When the inter-electrode gap is 5 mm in an air atmosphere, corona, glow and arc discharge occur successively in an ambient temperature range of 350–850 °C. The cathode material has a minor influence on the COTV and a more significant influence on the SBTV. In a device using a cathode with a low work function, the SBTV is low, and the power to maintain arc discharge is small.     

基于滤光片提取光谱的流动注射-溶液阴极辉光放电检测研究

溶液阴极辉光放电-原子发射光谱法是近年来兴起的一种新型水体金属离子检测技术,它具有快速,在线和低成本检测的显著特点。以工业注射泵实现溶液阴极辉光放电激发源的流动注射进样,再以窄带滤光片分别提取Na,K,Ca,Li,Sr和Cs金属元素发射光谱信号,最后由光电倍增管和皮安表接收光谱信息光谱信号,实现了水质金属元素的检测。实验分析了注射容量分别为100和166 μL对1 mg·L-1的Na元素产生的信号强度的影响,研究发现其信号强度的相对标准偏差（RSD）分别为4.64%和1.95%,说明两种注射量稳定性都较好。为了获得更好的分析性能,实验分析了直流放电电压,狭缝的宽度以及光电倍增管供压等参数对信号强度的影响。实验结果表明,在直流放电电压为1 000 V,狭缝宽度为70 μm和光电倍增管供压为-800 V时获得了较高的信背比。采用此装置在流动注射模式下,测得了Na,K,Ca,Li,Sr和Cs六种金属元素检出限,分别为2.78,4.23,589,9.45,981和83.6 μg·L-1。实验最后对混合溶液标定物质中的Na和K元素进行了定量分析测量,测量的误差分别为7.5%和6.67%,精密度分别为1.24%和0.89%,研究结果表明基于滤光片提取光谱的流动注射分析-溶液阴极辉光放电-原子发射光谱方法具有较高的检测准确度。     

多针电晕增强大气压辉光放电稳定性研究

利用多针电晕增强放电装置，在无气流和存在高速气流的情况下都得到了稳定的大气压辉光.通过纪录发光图片、电流-电压波形和伏安特性曲线的方法对影响放电稳定性的因素做了细致地研究，发现了在从电晕放电到辉光放电的过程中存在着过渡阶段，表现为出现带有直流成分的Trichel脉冲.气流速度、极板间距以及针尖锥度和凹坑曲率半径的匹配程度都对放电的稳定性和电流密度有着重要的影响. 关键词： 大气压辉光放电 多针电晕 等离子体     

Profile of spectral-line intensity along a negative glow

The longitudinal profile of the spectral-line intensity has been measured in a plasma of a negative glow in helium, neon, and mixtures of these gases. Under the conditions of a normal glow discharge, the intensities of several spectral lines fall off exponentially toward the anode. The decay of the line intensity was used to evaluate the effective cross section for attenuation of the electron beam from the cathode dark space. There is a discussion of the mechanism for the change in the profile of the line intensity in the discharge gap at the transition on a normal glow discharge to an anomalous discharge.     

格里姆辉光放电光源的发展和应用范围

本文评述了辉光放电光源的一些进展情况。对高强度辉光放电灯，磁场辉光放电灯，射频、微波辉光放电灯，同轴双重空心阳极辉光放电灯等技术在增加辉光放电光源的发光强度、降低检出限、提高逐层分析中的层间分辨率等方面的作用作了介绍。也同时介绍了这种光源在金属与合金固体样品直接分析及这些材料的表层、逐层分析中的应用范围。     

Laser Optogalvanic Analysis of Nitrogen Layers in Hollow Cathode Glow Discharge

This experimental investigation shows that the replacement of the spectral line intensity by the optogalvanic and photoelectric optogalvanic signals improves the accuracy of the classical direct layer-by-layer analysis in a hollow cathode glow discharge and its possibilities, for example for layer thickness measurements in some cases.     

直流辉光放电等离子体激发光源自动调节控制系统

直流辉光放电过程中需要控制的三个重要工作参数为放电电流、放电电压和放电室内氩气气压.该文介绍了一种应用于直流辉光放电等离子体激发光源的自动调节控制系统,该控制系统在放电电流恒定的情况下调节放电室内氩气气压,实现了对放电电压的信号采集和自动控制.文卷阐述了该控制系统的设计思路、电路原理及控制方案.该自动调节控制系统改善了以往用手动调节时精度低且操作复杂的情况,提高了放电电压的控制精度,缩短了放电电压的稳定时间.文中给出了自动控制方式下激发源放电电压的稳定性测试结果,控制精度由手动调节时的4%FS改善为小于1%FS,放电电压稳定时间由手动时的大于90s缩短到30 s以内.采用该控制系统对中低合金钢和锡肯铜标准样品进行了样品精密度实验.元素含量分析精密度比手动调节方式显著提高,各元素含量测试结果的相对标准偏差(RSD)均优于3.5%.中低合金钢标准样品中Ti,Co,Mn元素含量测试结果的RSD范围由手动时的3.0%～4.3%减小到1.7%～2.4%,S和Mo元素RSD范围由5.2%～5.9%减小到3.3%～3.5%.锡青铜标准样品中Sn,Zn,Al元素RSD范围由2.6%～4.4%减小到1.0%～2.4%,Si,Ni,Fe元素的RSD范围由6.6%～13.9%降低到2.6%～3.5%,并给出了实测数据.     

微晶硅薄膜沉积过程中的等离子体光学与电学特性研究

采用空间分辨光发射谱和傅里叶变换功率阻抗分析仪研究了衬底偏压和辉光功率对微晶硅薄膜沉积过程中的等离子体光学与电学特性的影响.研究表明：在交流偏压(AC)、悬浮(floating)、负直流加交流(-DC＋AC)偏压下,Hα发射强度空间分布规律相似,平均鞘层长度相等;正直流加交流(＋DC＋AC)偏压和接地(grounded)时Hα发射强度显著增强,并存在双峰(double layers)现象.增大功率,Hα发射强度也随着增大,并在17W与22W之间产生跳变.电学测试发现功率增大,等离子体电阻降低,电抗降低,电 关键词： 等离子体 光发射谱 衬底偏压 辉光功率     

铟网位置对无极灯253.7 nm共振谱线的影响

无极灯是一种基于高频电磁感应和无极气体放电的新型电光源,由Hg 253.7 nm共振谱线激发荧光粉进而发出可见光。通过原子发射光谱分析,实验研究了铟网位置对Hg 253.7 nm共振谱线的影响规律。研究发现,Hg 253.7 nm共振谱线的相对强度,当铟网位于耦合线圈两端时最强,位于耦合线圈中部时较弱,远离耦合线圈时最弱。并推断,存在一个最佳的铟网位置,对应最高的发光效率。结合Maxwell 3D有限元仿真,从气体放电角度对实验结果进行了定性分析,对无极灯模型设计与参数优化具有指导意义。