脉冲放电等离子体/活性炭联合体系中OH自由基的发射光谱研究

基于OH自由基的强氧化性(2.8 V)及脉冲放电等离子体(pulsed discharge plasma, PDP)与活性炭(activated carbon, AC)联合体系的协同作用,依托于光谱检测技术简单、准确性高、灵敏度高等优点,利用发射光谱技术测量了以O2作为载气的PDP/AC联合体系中产生的OH自由基的相对发射光谱,用以表征体系中OH自由基相对生成量的变化。通过考察PDP水处理体系中不同AC添加量、脉冲峰值电压、电极间距对OH自由基相对发射光谱强度的影响,分析了影响OH自由基生成量的因素;通过比较,分析去离子水和酸性橙II(acid orange, AO7)溶液中OH自由基发射光谱强度的变化规律,表征了OH自由基生成量的变化,以说明PDP/AC的协同作用机理及OH自由基对有机物的氧化作用。研究结果表明,增加AC的添加量可以增强其在PDP体系中的催化效果,导致PDP/AC联合体系中OH自由基的相对发射光谱强度的增加;随着脉冲峰值电压的升高,注入PDP体系中的能量增加,从而增加了体系中OH自由基的产量;电极间距增加导致PDP体系能量效率降低,降低了OH自由基的产生量;无论是以去离子水还是以AO7溶液为溶液相,PDP/AC联合体系中OH自由基的产量均高于其在单独PDP体系中的生成量,且在PDP/AC联合体系和单独的PDP作用体系中,去离子水中OH自由基的相对发射光谱强度均高于其在AO7溶液中的强度值,这证明了AC对PDP体系中OH自由基生成的协同作用和有机物对OH自由基的消耗。     

脉冲放电等离子体/TiO2协同体系中氧自由基的光谱分析

基于脉冲放电等离子体/TiO2的协同作用效果,研究利用脉冲放电过程中产生的紫外光效应,建立以玻璃珠负载的TiO2膜作为光催化剂的脉冲放电等离子体/TiO2协同体系,并从氧自由基(·O)光谱分析的角度说明脉冲放电等离子体/TiO2光催化的协同作用机理.研究结果表明,·O主要在777 um处形成特征发射光谱,对应跃迁为3p...     

脉冲电晕放电中OH自由基的发射光谱研究

采用发射光谱法测量了在加湿的空气、氮气、氩气3种气体背景下脉冲电晕放电产生的OH自由基,通过对发射谱线的分析,研究了在3种背景条件下,脉冲峰值电压、脉冲频率等因素对OH自由基产生过程的影响,着重研究了气体湿度对OH自由基产生过程的影响以及OH自由基在放电电场中的分布特性。实验表明OH自由基的生成量随脉冲峰值电压和脉冲频率的增大而增大,而湿度变化对其影响则与放电背景环境有关,不同背景气体下其变化规律也不相同。空气中放电时产生的OH自由基数量随湿度的增大而增大,氮气中OH自由基的生成量随湿度增大呈先增大后减小趋势,而氩气中OH自由基数量随湿度的增大呈先减少后增大趋势。OH自由基在放电电场中的分布呈从针电极中心向四周逐渐减少趋势。     

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。     

气体脉冲放电等离子体阻抗的参量研究

在纯净氦气条件下，对高频纵向脉冲放电的等离子体动态阻抗进行了实验研究.测量了放电等离子体阻抗随放电电压、频率以及气体压强之间的变化关系，表明等离子体阻抗随频率和电压的增加而下降，随气压的升高而增大.定性分析了这些宏观参量与等离子体阻抗变化之间的关系，拟合出等离子体阻抗随电压、频率、气压变化的经验公式，并对数值模拟与实验结果进行了比较研究. 关键词： 等离子体阻抗 气体脉冲放电     

脉冲放电弧光等离子体演示仪

介绍了一种脉冲放电弧光等离子体演示仪.该设备内置的测量电路可以直接显示放电电压、电流的大小和放电的持续时间,放电电流也可以通过附带的感应线圈来测量;结合光栅光谱仪,可以测出发光光谱,进而求出等离子体的温度、密度等参数.     

时间分辨原子发射光谱诊断脉冲放电气体束等离子体

建成了一套脉冲放电气体束和原子发射光谱等离子体诊断实验装置,利用这套实验装置测量了不同放电条件下等离子体的时间分辨发射光谱,并采用玻尔兹曼作图法和Hα谱线斯塔克展宽法研究了等离子体的原子温度、离子温度和自由电子密度等参数的演化。实验结果表明,脉冲放电的总电量对等离子体参数的演化有较大影响;脉冲放电气体束等离子体中的离子温度远高于原子温度,自由电子密度相对较低,等离子体处于非局域热平衡状态。A special designed pulsed discharge nozzle (PDN) ion source and a plasma diagnostics system based on the atomic emission spectroscopy were constructed. The time-resolved emission spectra of Argon atoms and ions in the region of 300-800 nm were observed and analyzed. The plasma temperatures, including atomic and ionic temperatures, were simulated by Boltzmann plot method, and the free electron density was simulated through the Stark broadening of Hα line. The evolution of these plasma parameters were investigated by high-resolution time-resolved emission spectra. The results show that the total energy struck on the pulsed gas beam is the most important factor which determines the plasma properties and its evolution. The plasma in PDN is concluded into non-local thermodynamic equilibrium (non-LTE) during the evaluation because of the low electron density and the big difference between the temperatures of Argon atoms and ions in all discharge conditions.     

线-板式脉冲电晕放电反应器的发射光谱研究

以发射光谱法为基础,检测了常压状态线-板式脉冲电晕放电过程OH自由基在反应器内的空间分布;研究了线电极直径,线线间距以及线板间距对生成OH自由基的影响;从而明确脉冲电晕放电反应器的性能。结果显示:OH自由基浓度沿线电极X轴方向逐渐降低,活化区域半径20mm左右,沿Y轴方向先升高后降低,活化区域半径大于30mm;线电极的直径小于2mm时,OH自由基的光谱强度基本不变,线电极直径继续增大,发射光谱强度随之迅速下降。线线间距逐渐增大,OH自由基的发射光谱强度随之增强。OH自由基的发射光谱强度随着线板间距的增大而降低。     

脉冲放电破岩等离子体通道长度预测方法

针对高压脉冲放电破岩电弧等离子体通道长度难以预测的问题,构建了高压脉冲放电破岩综合试验平台,测量了花岗岩-自来水组合介质下电弧等离子体通道发展特性及典型电流、电压参数,提取了不同电极间距和脉冲放电次数下岩石表面形成的破碎区域。基于能量平衡方程建立了岩石中电弧等离子体通道的阻抗模型,采用迭代优化算法获取阻抗模型参数的近似最优解,模型计算结果与试验结果的相对误差小于7%。基于优化参数,利用实测电流电压数据预测了等离子体通道的长度。模型预测的等离子体通道长度与实测值的绝对误差均处于毫米量级,且两者的相对误差小于10%,为高压脉冲放电破岩系统电源-电极负载的匹配设计提供了理论支撑。     

大气压空气脉冲流光放电等离子体发射光谱分析

在大气压条件下采用尖-尖电极放电系统得到了稳定的放电等离子体, 并应用发射光谱方法对放电等离子体进行了实验研究。等离子体发射光谱呈现连续谱背景迭加分立谱的形式。连续谱背景来源于放电等离子体内轫致辐射和复合辐射过程; 分立谱归属为N2 C3∏u →B3∏g , N+, N, O的荧光辐射。N+荧光辐射对应的上能级电子组态为2s22p(2P0)3p和2s22p(2P0)3d, 能级高度介于20 eV和23.6 eV之间。实验还结合时间分辨光谱技术, 对放电等离子体中N2(336.8 nm)、N+(500.5 nm)、N+(399.7 nm)荧光信号进行时间分辨测量。结果表明, N2(336.8 nm)荧光首先出现, N+(500.5 nm、399.7 nm)荧光同时产生, 且滞后N2(336.8 nm)荧光约25 ns。根据时间分辨测量结果和相关参考文献, 文章对放电等离子体中N+的生成通道进行了分析。     

液相隔膜辉光放电等离子体自由基发射光谱研究

为了更好了解液相隔膜辉光放电等离子体引发的化学反应机理,运用发射光谱法研究了稀硫酸溶液隔膜辉光放电等离子体产生的自由基,估算了电子温度与电子密度。结果表明：当电压超过700 V时,观察到了羟基自由基和氢原子的发射光谱;当电压超过750 V时,除了羟基自由基和氢原子外,还观察到了氧原子的发射光谱;这些自由基的发射强度随电压升高而升高;稀硫酸溶液隔膜辉光放电等离子体的平均电子温度与平均电子密度分别为1.3×104 K与7.8×1017 cm-3。     

利用发射光谱研究脉冲电晕放电中的自由基

利用发射光谱技术在大气压下测量了以氮气为载气的不饱和水蒸气体系针-板式正脉冲电晕放电产生的OH(A^2∑→X^2Ⅱ0—O)自由基和O(3p^5P→3s^5S^02777．4nm),Ha(3P→2S 656．3nm)活性原子的发射光谱,并由N2(C^3Ⅱu→B^3Ⅱg)的△v=-3和△v=-4振动带序发射光谱强度计算得出N2(C,v)的相对振动布居及其振动温度,进而采用高斯分布拟合准确地求出了N2(C^3Ⅱu→B^3Ⅱg)的△v= 1振动带序发射光谱强度,从而可以由N2(C^3Ⅱu→B^3Ⅱg)的△v= 1振动带序与OH(A^2∑→X^2Ⅱ0—0)的重叠发射光谱中准确求出OH(A^2∑→X^2Ⅱ0—0)自由基的发射光谱强度。由发射光谱强度得到了激发态OH(A^3∑)自由基和O(3p^5P),Ha(3P)活性原子的布居。还研究了激发态OH(A^2∑)自由基和O(3p^5P),Ha(3P)活性原子的布居随放电电压和放电频率的变化以及氧气对激发态OH(A^2∑)自由基和O(3p^5P),Ha(3P)活性原子布居的影响。     

线板式脉冲电晕放电反应器OH自由基二维分布的光谱学研究

脉冲电晕放电过程中OH自由基等活性基团的空间分布特性对燃煤烟气污染物的氧化脱除具有重要作用。为了探索脉冲电晕放电污染物控制技术的机理,采用激光诱导荧光法检测线板式反应器内部脉冲电晕放电过程中OH自由基的空间二维分布特性,主要研究了不同相对湿度和含氧量对OH自由基空间二维分布特性的影响。实验表明,脉冲电晕放电过程中OH自由基主要存在于线电极下方的区域中,并以线电极为中心面向板电极呈现扇形分布,并且其扇形分布区域的纵向长度和横向宽度的最大值均小于1 cm;相对湿度的增大有利于OH自由基的生成,促进OH自由基空间二维分布区域面积的扩大,当相对湿度为65%时OH自由基的空间二维分布区域面积达到最大值;当含氧量为2%时最有利于OH自由基的生成,并且OH自由基的空间二维分布区域面积达到最大值,当含氧量超过15%时对OH自由基的生成及其空间二维分布主要起抑制作用。同时,相对湿度和含氧量的增加均提高了激发态OH自由基中猝灭部分所占的比重,从而降低了OH自由基的荧光产率,其中含氧量对OH自由基荧光产率和OH自由基空间二维分布的影响作用大于相对湿度。     

微波液相等离子体发射光谱研究

为了研究微波液相放电等离子体的基本物理现象和放电特性,为微波液相放电技术奠定一定的理论基础,利用发射光谱仪对水中微波液相放电及放电中产生的活性粒子进行了检测,同时对微波液相放电光谱数据统计方法进行了研究。 利用发射光谱仪结合数控摄像机对微波液相放电过程中起始放电和稳定放电两个过程进行了同步检测拍摄。 实验结果发现：微波液相等离子体发射光谱强度波动较大,光谱强度可以用10个光谱数据点进行平均计算;放电的强度在一定程度上可以由等离子体区域面积所反映,尽管如此,等离子体区域面积和羟基自由基发射光谱强度的变化梯度并不一致,这主要是因为在放电过程中,放电强度不仅体现在等离子体区域面积,同时也与等离子体区域的亮度有关。     

脉冲等离子体推力器等离子体羽流的光谱研究

脉冲等离子体推力器(pulsed plasma thruster, PPT)具有体积小、重量轻、比冲高等优点,特别适合作为执行微小卫星轨道转移、阻力补偿和姿态控制等任务的推进系统。为了深入理解PPT推力产生的机理,本文对采用具有张角的舌型极板的尾部馈送式PPT等离子体羽流开展了时空分辨光谱诊断研究。通过对光谱数据的分析发现： 等离子体羽流的主要成分为C,F,C+,F+,C2+,还含有少量的由于极板烧蚀产生的Cu+和Cu2+;等离子体在放电通道内的分布不均匀,通道中心的等离子体浓度最大,靠近阳极板的等离子浓度要明显大于靠近阴极板的等离子体浓度;在不同位置处等离子体成分也具有较大差别,F+和中性粒子主要分布在靠近阳极侧的区域;通过对各个分立谱线进行多普勒线性拟合,得到了放电通道内等离子体温度信息;以中轴线靠近工质的观测点为例,对该点在整个放电过程中不同时刻的谱线进行分析,得到了该点等离子体的具体演化过程,发现在放电的不同阶段羽流成分及各组分所占比例差别较大。     

微波液相放电乙醇制氢发射光谱研究

氢能作为一种高热值、无污染的清洁能源日渐受到国内外专家学者的追捧。微波液相放电技术在醇类中制氢具有光明的研究前景,为氢能的研究开发开辟了一条新的途径。通过对乙醇制氢发射光谱分析,有利于分析微波液相放电醇类制氢机理的探讨,为进一步改进微波液相放电制氢技术奠定基础。本文采用2.45 GHz频率微波在液相醇类中放电实现了微波液相等离子体制氢,并借助发射光谱仪对微波液相放电乙醇制氢光谱特性进行了研究。研究结果显示：微波液相放电乙醇制氢过程中,能产生大量的H,O,OH,CH,C₂等活性粒子;乙醇放电光谱中OH自由基、H自由基和O自由基的光谱强度要远大于纯水中OH自由基、H自由基和O自由基的光谱强度;高能粒子打开水分子中的O—H键,脱氢制氢的过程较乙醇分子难度要大,因此在微波乙醇放电制氢过程中,氢气的来源主要是乙醇分子的脱氢重组,水分解产氢的贡献度较低;在外界压力与温度一定的条件下,OH,H,O自由基的发射光谱强度随着功率的增加显著增强,而CH和C₂活性粒子发射光谱强度则出现减弱趋势,这表明较大的微波功率不仅使产生的高能粒子的能量增加,同时高能粒子的密度也有所增加,导致较多的CH和C₂基团被充分碰撞打开。     

大面积沿面放电等离子体温度的光谱研究

设计了水电极放电装置,在空气/氩气混合气体中实现了大面积沿面放电。采用发射光谱法,对分子振动温度、电子平均能量和电子激发温度等随气压的变化进行了研究。根据氮分子第二正带系(C3Π_u→B3Π_g)的发射谱线计算出氮分子的振动温度;使用Ar 763.51 nm(2P₆→1S₅)和772.42 nm(2P₂→1S₃)的两条发射谱线的强度比得到电子激发温度;通过氮分子离子391.4 nm和氮分子337.1 nm两条发射谱线的相对强度之比得出了电子的平均能量的变化。实验研究了发射光谱随气压的变化,发现其强度随着气压的增加而增强,且其整个轮廓和谱线强度之比也发生变化。随着气压从0.75×105Pa升高到1×105Pa,分子振动温度、电子激发温度和电子能量均呈下降趋势。     

介质阻挡放电蜂窝斑图形成过程的光谱研究

采用光谱法, 研究了氩气/空气混合气体介质阻挡放电中蜂窝斑图形成过程中等离子体参量的变化。实验发现,随着电压的增加,放电经历六边形点阵斑图及疏密点同心圆环斑图后,形成了蜂窝斑图。利用氮分子第二正带系(C3Π_u→B3Π_g)的发射谱线、氩原子763.26 nm(2P₆→1S₅)与772.13 nm(2P₂→1S₃)两条谱线强度比法和氩原子696.57 nm(2P₂→1S₅)谱线的展宽,分别研究了上述三种斑图的分子振动温度、电子激发温度和电子密度。结果发现：蜂窝斑图的分子振动温度和电子激发温度均高于六边形点阵斑图相应的温度,但其电子密度却比后者的电子密度低。实验还通过电容法,测量了放电斑图的放电功率,发现蜂窝斑图的放电功率远远高于六边形点阵斑图的放电功率。工作结果对于研究介质阻挡放电自组织斑图的形成机制具有重要意义。