等离子体电极电光开关大面积辉光放电的产生及其特性

 在电光开关的晶体两侧，用辉光放电产生的高电导率透明等离子体作为施加开关脉冲电压的电极，可大大增加开关的通光口径。利用设计建造的一个80mm×80mm口径的等离子体电极电光开关，研究了用于电光开关中的大面积辉光放电的产生方法及放电特性。描述了等离子体电极普克尔盒的结构、放电室和电极的几何尺寸、放电电路及其参数，实验观测了预电离和工作气压对放电的影响。     

等离子体电极电光开关大面积辉光放电的产生及其特性

在电光开关的晶体两侧,用辉光放电产生的高电导率透明等离子体作为施加开关脉冲电压的电极,可大大增加开关的通光口径。利用设计建造的一个80mm×80mm口径的等离子体电极电光开关,研究了用于电光开关中的大面积辉光放电的产生方法及放电特性。描述了等离子体电极普克尔盒的结构、放电室和电极的几何尺寸、放电电路及其参数,实验观测了预电离和工作气压对放电的影响。     

接触热阻的蒙特卡罗法模拟

用蒙特卡罗随机模拟法计算了固体接触界面间的接触热阻。取服从高斯分布的随机数作为粗糙峰高度,分别对每个粗糙峰计算出单点接触热阻,再并联所有单点接触热阻得到总的接触热阻。修正了积分法的理论结果且与发表的文献数据相符。     

磁控溅射辉光放电特性的模拟研究

采用二维、自洽的PIC/MCC (particle-in-cell with Monte Carlo collision) 方法,模拟了磁控溅射辉光放电过程, 重点讨论了工作参数对放电模式和放电电流的影响. 模拟结果表明, 当工作气压由小到大或空间磁场从强到弱变化时, 放电模式会从阴极空间电荷主导的放电模式过渡到阳极空间电荷主导 的放电模式.在过渡状态,对应的工作气压与磁通密度分别为0.67 Pa和0.05 T; 随着工作气压的增大,放电电流先增大后趋向平衡,当工作气压超过2.5 Pa时,电流开始随工作气压的增大而减小; 而阴极电压增大时,放电电流近似线性增加.     

等电位辉光放电电子温度的光谱测量与计算

用SII- IV 型全息凹面光栅单色仪对各种工艺参数条件下双层辉光等电位放电的发射光谱的相对强度进行了测量, 获得一系列光谱谱线。通过对玻尔兹曼方程式的计算, 得到了不同工艺条件下等离子放电时的电子温度。分析了工件电压、工作气压对电子温度的影响。结果表明: 在本工艺条件下, 电子温度随着工件电压的升高, 先减小后增大, 然后又减小, 并随着工作气压的增大而单调增大。工作气压的变化较工件电压的变化对电子温度的影响大。     

多尖端旋转电极辉光放电甲烷偶联研究

石油资源的日趋短缺使人们对世界大储量能源天然气的开发利用越来越重视。甲烷（CH4）是天然气的主要成份,由于CH4分子具有很高的稳定性,用CH4直接偶联制C2炔（乙烷,;乙烯,乙炔）在热力学上十分不利,采用常规催化手段一直未取得突破性进展^[1],而辉光放电等冷等离子体对于CH4偶联是一种非常有效的方法,近年来已成为物理化学跨学科前沿研究热点。在本研究领域中,利用脉冲电晕等离子体结合催化剂进行甲烷转化^[2],其等离子体在空间分布上是非连续的,活性较低,反应区较小,甲烷的转化率及C2烃收率必须是有限的;利用微波诱导甲烷在催化剂上转化制C2烃^[3],由于温度很高,能量密度太大,很容易使甲烷完全裂解,生成大量积碳,C2烃的收率也较低;利用介质阻挡放电使CH4偶联^[4],能耗太大,能量利用率很低。因此,冷等离子体CH4偶联实现工业化的课题就是要在提高CH4转化率及C2烃收率的同时降低能耗,以提高能量利用率。     

液体电极上辉光放电丝的运动特性研究

大气压液体电极放电在生物医疗、化学降解、环境保护等众多方面具有广泛的应用前景,引起了研究者的关注.本文利用直流电压激励棒-水电极装置,在6 mm气隙间产生了大气压辉光放电.研究发现,随着电流的增大,放电由锥状转变成柱状,且此过程中水面上放电环的直径先增大后减小.利用高速照相机对放电进行研究,发现锥状放电是由单个放电丝旋转形成的.通过测量放电的伏安特性,表明放电处于正常辉光机理.利用光谱学方法,研究了不同电流下的振动温度、转动温度和谱线强度比I_(391.4)/I_(337.1),发现它们均随电流的增加而增大.根据气体放电理论,分析和解释了放电丝的运动机理,并对水面上放电环直径随电流的变化关系进行了解释.这些结果对于大气压液体电极放电的理论研究和实际应用均具有一定参考价值.     

介质阻挡均匀大气压辉光放电数值模拟研究

通过数值求解一维电子、离子连续性方程和动量方程，以及电流连续性方程，计算了氦气介 质阻挡大气压辉光放电电子、离子密度和电场在放电空间的时空分布，以及放电电流密度和 绝缘介质板充电电荷密度随时间的变化. 分析讨论所加电压频率、幅值及介质板性质等对均 匀大气压辉光放电性质的影响. 当外加电压频率足够高时，大量离子被俘获在放电空间，空 间电荷场又引起足够多的电子滞留在放电空间. 这些种子电子使得在大气压下发生汤森放电 ，放电空间结构类似于低气压辉光放电，即存在明显的阴极位降区、负辉区、法拉第暗区和 等离子体正柱 关键词： 大气压辉光放电 介质阻挡 数值模拟 等离子体     

用发射光谱法测量氮气直流辉光放电的转动温度

本文报道了氮气气压分别为10和20Pa时,对直流辉光放电的发射光谱进行测量和分析的结果。选择的研究对象为N2放电中形成的N2^ B^2∑u^ →X^2∑g^ 跃迁的Δv=v′-v″=0谱带系中v′=0→v″=0谱带的R支。在阴极背面辉光区、阴极鞘层区、正柱区以及阳极辉光区中分别选择一点进行了转动分辨的发射光谱的测量。利用自己编写的光谱拟合程序,获得了相应的实验条件下N2^ 的转动温度,给出了转动温度随放电电压的变化趋势,其结果可以用直流放电的帕邢定律得到很好的解释。在10和20Pa气压下,放电的阴极鞘层区、正柱区、阳极辉光区中的转动温度都随放电电压呈现出了不同的变化趋势,甚至是完全相反的变化趋势。我们认为这是由于气压不同时,放电状态不同所致：气压为10Pa时的放电是正常辉光放电,而气压为时20Pa的放电为反常辉光放电。     

棒-板电极下缩比气隙辉光放电相似性的仿真研究

建立了棒-板电极下氩气直流放电的流体模型,利用有限元法对几何位形相似的两个气隙放电过程进行了数值求解.两放电气隙外加电压相同,气隙线性尺寸的比值为10:1,气压分别为1 Torr和10 Torr.仿真得到了两相似气隙的放电的伏安特性曲线以及放电物理量(如电位、电场、电子密度、离子密度、电子温度等)的空间分布.根据气体放电相似性的基本结论,检验了气隙对应物理量之间的数值关系.结果表明:两相似气隙的放电类型为正常辉光放电,对应放电物理量之间存在相似性理论指出的比例关系,且在相同幅值的直流电压作用下,气隙放电的工作点相同.这将为利用气体放电相似性来外推相似气隙的放电特性提供一定的理论依据.     

实现大气压负直流辉光放电的针-柱电极结构设计与实验

为了实现大气压环境下稳定的辉光放电,设计了一种新型的针-柱电极结构放电装置。采用针尖直径为56.4 μm的不锈钢针作为放电阴极,直径为4 mm的紫铜圆柱作为放电阳极,两者通过精密机械结构保持平行。当针-柱之间间距为2 mm、镇流电阻10 MΩ,放电电阻10 MΩ,测试电阻1 kΩ、放电电压-2 740 V、大气压环境、室温、无外部通入气流时,针-柱之间实现了稳定的辉光放电。示波器存储的放电波形和数码相机记录的放电图像验证了从电晕放电到辉光放电,再到火花放电的三种放电模式。该针-柱结构易于用MEMS工艺加工制作,可应用于便携式分析仪器中作为离子源使用。     

双辉光放电静电场数值模拟及场分布边角效应分析

根据双辉光放电3个电极极板上的电势,利用边界元积分方程建立以面电荷密度为未知量的离散方程,通过求解线性方程组计算3个电极极板上面电荷的不均匀分布.由极板上的不均匀面电荷分布计算在真空状态下空间任意一点的电势和电场的空间分布,利用数值解对真空状态下双辉光离子渗金属实验装置场分布边角效应进行了分析.     

四阳极直流辉光放电正柱区数值分析

分析了具有中间开窗电极四阳极直流辉光放电装置的氦气放电中阴极与较近阳极间放电正柱区的电子密度、电子温度和等离子体碰撞频率, 及其空间分布随放电气压变化规律。结果表明电子密度在径向上呈类似于抛物线的分布, 而碰撞频率和电子温度在整个放电管内近似均匀分布。探讨了不锈钢阳极座和矩形窗口对这些参数的影响, 为进一步进行装置仿真和实验研究提供参考。     

接触热阻对燃料电池温度分布影响的数值模拟

本文采用三维、非等温、以及考虑各向异性扩散层性质的燃料电池模型分析了气体扩散层和流场板肋板之间的接触热阻对电池温度分布和性能的影响。计算结果表明,接触热阻对电池最高温度及温度分布均有很大影响。电池输出电压为0.3 V时,有接触热阻工况电池最大温度高于无接触热阻工况约8.5 K。此外,有接触热阻计算工况扩散层内温度变化平缓,而无接触热阻计算工况扩散层内温度变化较快。因此,对于燃料电池温度分布的准确预测,不能忽略接触热阻的影响。     

空心针-板电极大气压氩气辉光放电的特性研究

大气压均匀放电等离子体在工业领域具有非常广泛的应用前景,它是利用直流电源激励的空心针-板放电装置,以氩气为工作气体在大气压空气中产生均匀稳定的放电。对氩气流量和气隙间距对辉光放电发光特性的关系进行了研究,结果表明放电所产生的等离子体柱连接两个电极,发光较为均匀(观察不到放电丝)。在板电极附近放电等离子体柱直径最大,最大直径随着电流和气流的增大而增大。放电伏安特性研究发现,与低气压辉光放电相类似,两电极间的电压随着电流的增大而减小,并且随气流和气隙间距的增大而增大。对该大气压直流均匀放电在扫描范围为330～450 nm的光学发射光谱进行分析,获得了放电等离子体的分子振动温度和谱线强度比I_391.4/I_337.1随氩气流量和气隙间距的变化关系。I_391.4/I_337.1均随流量和气隙间距的增大而降低。对等离子体柱的I_391.4/I_337.1沿气流方向(等离子体柱轴向)进行了空间分辨测量,并进行了定性分析,结果表明,振动温度及电子平均能量随着远离空心针口距离的增大而增大。这些结果对大气压辉光放电在工业中的应用具有重要意义。     

赝火花开关辉光放电腔的粒子模拟与实验研究

 给出了赝火花开关所需辉光放电腔的具体要求,对赝火开关辉光放电腔进行了优化设计,并对优化后的放电腔进行了粒子模拟和实验研究。粒子模拟结果表明：此放电腔为辉光放电腔,辉光放电建立时间约18.5 ns;辉光放电时,此放电腔阴极位降占整个电位降的主要部分,且阴极位降区净离子密度为一常数。实验结果显示：此放电腔为辉光放电腔,其工作在Paschen曲线最低点左侧,放电电压随气压的升高而降低;当辉光放电电流为0.14～3.60 mA时,放电模式为正常辉光放电。     

赝火花开关辉光放电腔的粒子模拟与实验研究

给出了赝火花开关所需辉光放电腔的具体要求,对赝火开关辉光放电腔进行了优化设计,并对优化后的放电腔进行了粒子模拟和实验研究。粒子模拟结果表明：此放电腔为辉光放电腔,辉光放电建立时间约18.5 ns;辉光放电时,此放电腔阴极位降占整个电位降的主要部分,且阴极位降区净离子密度为一常数。实验结果显示：此放电腔为辉光放电腔,其工作在Paschen曲线最低点左侧,放电电压随气压的升高而降低;当辉光放电电流为0.14～3.60 mA时,放电模式为正常辉光放电。