介质阻挡放电中的能量转换过程研究

研究了介质阻挡放电过程中的电流强度、电场强度以及电荷分布的演变规律，并对能量转换性质进行了分析.研究结果表明，在一个放电脉冲过程中，外加驱动电源所作的功、电场能量的增量均与起始时刻的壁电荷密度有关，而气体中放电电流所作的功即沉积于气体中的能量与起始时刻的壁电荷密度、放电电流的具体波形无关. 关键词： 介质阻挡放电 壁电荷 动力学过程 能量转换     

大气压介质阻挡射流放电离子速度分布的测量

通过测量大气压介质阻挡放电等离子体辐射信号,建立偶极子辐射模型,利用快速傅立叶变换,计算了大气压介质阻挡放电等离子体中离子速度分布。计算结果表明,速度分布偏离麦克斯韦分布,并且随着放电过程的进行,离子速度及相对离子数进行有规律的变化。     

离子液体对氩气介质阻挡放电光谱的影响

采用自行设计的介质阻挡放电反应器,以氩气和离子液体为放电介质,实现大气压下稳定的气(等离子体)-液(离子液体)等离子体放电,并运用光谱法在线诊断氩等离子体光谱。考察了不同咪唑基离子液体以及放电参数对大气压氩气介质阻挡放电光谱的影响。结果表明,离子液体的引入降低了氩气放电光谱的强度,谱峰强度与离子液体阳离子咪唑环上的碳链长度有关,且随碳链长度增加,谱峰强度降低;同时阴离子结构对称性低的离子液体,谱峰强度较低。加入离子液体后氩谱随放电电压及放电频率变化均呈现峰值变化。     

空气介质阻挡放电不同放电模式的光谱特性

采用光谱方法,研究了空气介质阻挡放电中流光向类辉光转变时电子能量的变化。利用氮分子第二正带系(C3Π_u→B3Π_g)的发射谱线,测量了氮分子(C3Π_u)的振动温度。通过考察氮分子离子391.4 nm谱线强度与氮分子337.1 nm谱线强度之比,研究了电子平均能量的变化。结果表明,流光向类辉光转变时,氮分子(C3Π_u)的振动温度激增,氮分子离子391.4 nm相对谱线强度突增,表明类辉光放电模式中电子能量比流光放电模式中电子能量高很多。实验还发现,气隙间距不同,这两种放电模式转变所对应的转变气压不同,但转变气压与气隙间距的乘积值保持不变。     

Ar/CH4等离子体射流发射光谱诊断研究

为了更加深入的研究大气压条件下Ar/CH₄等离子体射流的放电机理和其内部电子的状态,通过自主设计的针-环式介质阻挡放电结构,在放电频率10 kHz、一个大气压条件下产生了稳定的Ar/CH₄等离子体射流,并利用发射光谱法对其进行了诊断研究。对大气条件下Ar/CH₄等离子体射流的放电现象及内部活性粒子种类进行诊断分析,重点研究了不同氩气甲烷体积流量比、不同峰值电压对大气压Ar/CH₄等离子体射流电子激发温度、电子密度以及CH基团活性粒子浓度的影响规律。结果表明,大气压条件下Ar/CH₄等离子体射流呈淡蓝色,在射流边缘可观察到丝状毛刺并伴有刺耳的电离声同时发现射流尖端的形态波动较大;通过发射光谱可以发现Ar/CH₄等离子体射流中的主要活性粒子为CH基团,C,CⅡ,CⅢ,CⅣ,ArⅠ和ArⅡ,其中含碳粒子的谱线主要集中在400~600 nm之间,ArⅠ和ArⅡ的谱线分布在680~800 nm之间;可以发现CH基团的浓度随峰值电压的增大而增大,但CH基团浓度随Ar/CH₄体积流量比的增大而减小,同时Ar/CH₄等离子体射流中C原子的浓度随之增加,这表明氩气甲烷体积流量比的增大加速了Ar/CH₄等离子体射流中C-H的断裂,因此可以发现增大峰值电压与氩气甲烷体积流量比均可明显的加快甲烷分子的脱氢效率,但增大氩气甲烷体积流量比的脱氢效果更加明显。通过多谱线斜率法选取4条ArⅠ谱线计算了不同工况下的电子激发温度,求得大气压Ar/CH₄等离子体射流的电子激发温度在6 000~12 000 K之间,且随峰值电压与氩气甲烷体积流量比的增大均呈现上升的趋势;依据Stark展宽机理对Ar/CH₄等离子体射流的电子密度进行了计算,电子密度的数量级可达1017 cm-3,且增大峰值电压与氩气甲烷体积流量比均可有效的提高射流中的电子密度。这些参数的探索对大气压等离子体射流的研讨具有重大意义。     

光学方法研究介质阻挡放电中的微放电特性

首先用真空光电倍增管测量了斑图模式大气压介质阻挡放电的总光信号 ,并通过在电路中串联小电阻的方法测量了放电的电流信号。结果发现 ,两种方法所测得的信号在幅度和位置上存在严格的一致性 ,说明可以利用光学方法测量介质阻挡放电的电流信号。采用光学方法测量了介质阻挡放电中的微放电通道的时间特性。本工作所得到的结果对于介质阻挡放电的时空动力学研究具有重要意义 ,同时对气体放电研究具有一定的参考价值。     

大气压氦气介质阻挡放电中的周期一不对称放电实验研究

大气压介质阻挡放电不仅具有对称周期一的放电形式, 还会在一定参数下呈现不对称周期一(AP1)放电. 本文采用具有平行电极结构的介质阻挡放电装置, 分别在气隙宽度1 mm, 3 mm, 7 mm和10 mm下的大气压氦气中进行了一系列放电实验, 研究了气隙宽度和外施电压频率对周期一放电对称性的影响. 实验结果表明: 在较宽的气隙宽度和外施电压频率参数区间内可以观察到显著的AP1放电; 气隙宽度越大越容易产生AP1放电, 同一气隙宽度下外施电压频率较高时则相对更容易观察到AP1放电; 随着气隙宽度增加, 首次击穿即呈现AP1 放电的外施电压频率临界值逐渐减小. 本文的研究初步验证了之前关于气隙宽度对AP1放电影响的数值仿真结果, 由此可以推测AP1放电并不只是由系统参数的不对称引起的, 也很可能是一种在一定的气隙宽度和外施电压频率下系统固有的、内在的高频不稳定放电行为. 关键词： 介质阻挡放电 不对称放电     

Air/Ar介质阻挡放电中正方形斑图的特性研究

在大气压Air/Ar介质阻挡放电中，研究了正方形斑图的特性随空气相对含量χ的变化规律.得到了正方形斑图的空间波长和运动速度随空气相对含量的变化关系曲线.实验发现：不同的放电气隙间距下，正方形斑图的空间波长均随空气相对含量的增大而减小；正方形斑图的运动速度也与空气相对含量的大小密切相关，当空气相对含量约为10％时，正方形斑图的运动速度达到最大值14 mm/s. 关键词： 介质阻挡放电 正方形斑图 空气相对含量     

大气压Ar／NH3介质阻挡辉光放电的仿真研究

为了研究火气压下氩气（Ar）中掺杂氨气（NH3）的Ar／NH3介质阻挡辉光放电的放电机理,通过建立一‘个多粒子的自洽耦合流体模型,采用有限元方法进行数值计算,得到了气体间隙压降、介质表面电荷密度、放电电流密度随时间的周期变化波形,以及带电粒子、中性粒子与空间电场强度的时空分布．仿真计算结果表明：气体间隙的周期击穿过程主要由气隙电压控制,并受气隙两侧介质极板上积聚的表面电荷的影响．气隙间带电粒子密度和电场强度的时空分布表明本文的放电过程存在阴极位降区、负辉区、法拉第暗区、等离子体正柱区等辉光放电的典型区域,放电模式为大气压辉光放电．在Ar/NH3等离子体中,主要的正离子为NH＋,其次为Ar2＋,主要的负离子为NHi：NH3分解产生的主要的激发态分子为NH,NH2和N2H3,而最终的稳态产物主要是N2和H2．     

介质阻挡放电中单个新型放电丝放电特征和光谱测量

在放电间隙较大(d=3.8 mm)的介质阻挡放电(DBD)中, 通过减小放电区域(S=1 cm×1 cm), 首次观察到了单个新型放电丝。与其他实验小组所观察到的单个放电丝相比, 该单个新型放电丝由体放电(VD)和沿面放电(SD)二部分构成, 其放电稳定性和持续性极好。利用高速照相机和光谱仪, 研究了单个新型放电丝在外加电压半周期单次放电中的放电特征和单个新型放电丝侧面放电柱不同位置的等离子体状态。在高速照相机不同曝光时间条件下拍摄得到了单个新型放电丝端面和侧面放电的瞬时照片, 并对其外加电压半周期单次放电的放电特征与辉光放电进行了对比。利用发射光谱法, 采集了单个新型放电丝侧面放电柱不同位置的氩原子763.26 nm(2P6→1S5)和772.13 nm(2P2→1S3)发射谱线, 并通过两条谱线强度比法, 估算出了相应的电子激发温度。实验结果得出: 单个新型放电丝由体放电和沿面放电构成, 且沿面放电在体放电四周呈枝状扩散;单个新型放电丝在外加电压半周期单次放电中与辉光放电特征相似, 且在阴极呈现出漏斗状放电;氩原子谱线强度及其相应的电子激发温度从极板两端到中间均呈减小的变化趋势, 表明单个新型放电丝侧面放电柱不同位置的等离子体状态不同。     

Theoretical analysis of ion kinetic energies and DLC film deposition by CH4＋ Ar （He） dielectric barrier discharge plasmas

The kinetic energy of ions in dielectric barrier discharge plasmas are analysed theoretically using the model of binary collisions between ions and gas molecules. Langevin equation for ions in other gases, Blanc law for ions in mixed gases, and the two-temperature model for ions at higher reduced field are used to determine the ion mobility. The kinetic energies of ions in CH4 ＋ Ar（He） dielectric barrier discharge plasma at a fixed total gas pressure and various Ar （He） concentrations are calculated. It is found that with increasing Ar （He） concentration in CH4 ＋ Ar （He） from 20% to 83%, the CH4＋ kinetic energy increases from 69.6 （43.9） to 92.1 （128.5）eV, while the Ar＋ （He＋） kinetic energy decreases from 97 （145.2） to 78.8 （75.5）eV. The increase of CH4＋ kinetic energy is responsible for the increase of hardness of diamond-like carbon films deposited by CH4 ＋ Ar （He） dielectric barrier discharge without bias voltage over substrates.     

Deposition of hydrogenated amorphous carbon nitride films by dielectric barrier discharge plasmas

Hydrogenated amorphous carbon nitride (a-C:N:H) films were synthesized from CH₄/N₂, C₂H₄/N₂ and C₂H₂/N₂ mixtures using dielectric barrier discharge (DBD) plasmas. Atomic force microscopy (AFM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were used to characterize the surface morphology, bonding structure, and composition of the a-C:N:H films. The influences of plasma parameters (discharge pressure in the range of 25-1000 Pa) and feed gases used on the composition and the structure of deposited films were systematically studied. The a-C:N:H films with the uniform surface structure were deposited by low-pressure DBD plasmas with various systems. Compared to the films deposited in C₂H₄/N₂ and C₂H₂/N₂ systems, the films deposited in the CH₄/N₂ system exhibit the relatively lower surface roughness and deposition rate. For all the films prepared in these three systems, increasing the discharge pressure leads to an increase in film surface roughness and deposition rate. Significant differences among the FTIR spectra of all deposited a-C:N:H films were also observed. Both FTIR and XPS spectra show that for all the films deposited in three different systems, increasing the N₂ fraction leads to a decrease in the H content of deposited a-C:N:H films and an increase in the N content. The properties of deposited films may change from those of polymerlike to diamond-like when the discharge pressure is increased. Correlations between the film properties and growth processes are discussed in this study.     

大气压氩气介质阻挡辉光放电的一维仿真研究

为了研究氩气(Ar)中介质阻挡大气压辉光放电(APGD)的放电机理, 通过建立一个一维的多粒子自洽耦合流体模型, 采用有限元方法进行数值计算, 得到了气体间隙压降、介质表面电荷密度、放电电流密度随时间的周期变化波形, 以及电子、离子、亚稳态粒子密度和空间电场强度的时空分布. 仿真计算结果表明：介质表面积聚的电荷对于放电的过程的起始及熄灭具有重要作用;当增大外施电压时, 放电击穿时刻提前, 放电电流密度和介质表面电荷密度峰值增大, 表明放电过程更加剧烈;随着阻挡介质相对介电常数的增大, 放电电流密度也随之增大. 各粒子密度及电场的时空分布表明放电过程在外施电压半个周期中只有一次放电, 且存在明显的阴极位降区、负辉区、等离子体正柱区等辉光放电的典型区域, 为大气压辉光放电(APGD).     

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．     

NaOH对苯胺气液两相介质阻挡放电特性的影响

研究气液两相介质阻挡放电(DBD)的特性,对于深入理解其放电机理、促进其在环保等工业领域中应用具有重要意义。通过电压电流波形和Lissajous图形等电气特性诊断及发射光谱和发光图像等光学特性诊断,研究了液体成分对大气压气液两相DBD放电特性的影响。比较了苯胺和苯胺加NaOH溶液中气液两相DBD放电特性,利用实验结果计算得到放电功率和传输电荷,并结合放电理论对放电机制进行了分析。结果表明,苯胺加NaOH溶液中气液两相DBD,其放电特性与纯苯胺溶液有明显不同,相同电压下其放电电流约为纯苯胺溶液的两倍,其发光强度更强,放电功率和传输电荷更大,且在光谱特性图波长589 nm处出现Na原子谱线,NaOH的加入增加了溶液的电导率,同时促进了气相放电强度,使得放电增强。     

介质阻挡放电等离子体对近壁区流场的控制的实验研究

采用粒子图像测速仪对介质阻挡放电等离子体在静止流场中诱导出的速度场、等离子体激励对平板附面层的改变进行了研究.实验结果表明,等离子体激励作用主要集中在近壁面附近;激励电压与诱导速度近似为线性关系,激励频率对诱导速度的影响不大.将等离子体流动控制原理初步归纳为撞击效应和热效应,并通过数值模拟的方法研究了热效应对等离子体激励诱导速度场的影响.数值模拟结果表明,在无来流的情况下等离子体热效应对流场的影响比较明显,使局部水平方向速度大小提高近30%.简要介绍了提高等离子体激励强度的方法. 关键词： 介质阻挡放电等离子体 流动控制 边界层     

NaOH对苯胺气液两相介质阻挡放电特性的影响

研究气液两相介质阻挡放电(DBD)的特性,对于深入理解其放电机理、促进其在环保等工业领域中应用具有重要意义。通过电压电流波形和Lissajous图形等电气特性诊断及发射光谱和发光图像等光学特性诊断,研究了液体成分对大气压气液两相DBD放电特性的影响。比较了苯胺和苯胺加NaOH溶液中气液两相DBD放电特性,利用实验结果计算得到放电功率和传输电荷,并结合放电理论对放电机制进行了分析。结果表明,苯胺加NaOH溶液中气液两相DBD,其放电特性与纯苯胺溶液有明显不同,相同电压下其放电电流约为纯苯胺溶液的两倍,其发光强度更强,放电功率和传输电荷更大,且在光谱特性图波长589nm处出现Na原子谱线,NaOH的加入增加了溶液的电导率,同时促进了气相放电强度,使得放电增强。