大气压介质阻挡放电超四边形斑图的等离子体参量

本工作利用双水电极介质阻挡放电装置,采用发射光谱方法,在大气压氩气介质阻挡放电中研究了由不同空间尺度 微放电通道构成的超四边形斑图的等离子体参量.实验发现直径较大的微放电通道(大点)和直径较小的微放电通道(小点)亮度不同.采用氮分子第二正带系谱线计算了分子振动温度,利用谱线强度比方法得到了电子激发温度,用氩原子696.54 nm谱线的Stark展宽估算了电子密度.结果显示小点的电子密度和分子振动温度均高于大点,而电子激发温度低于大点.这说明稳定超四边形斑图中不同尺度微放电的等离子体状态不同.     

大气压氩气介质阻挡放电中的四边形斑图和六边形斑图

在大气压氩气介质阻挡放电中，研究了斑图形成随放电条件的变化.观察到随电压的增加，斑图经历六边形—四边形—具有辉光背景的四边形—具有辉光背景的六边形的转变过程.其空间波长与放电丝密度也随之改变.在一定的放电条件下，斑图涌现出辉光背景，此时空间波长与放电丝密度保持不变，但放电丝每半周期放电脉冲数由一次变为两次. 关键词： 介质阻挡放电 四边形斑图 六边形斑图 空间波长     

氩气放电中四边形发光斑图形成过程研究

采用介质阻挡放电装置,在不同的边界条件下，在大气压氩气放电中观察到了稳定的四边形发光斑图. 采用光电倍增管，在纳秒时间尺度测量了四边形斑图的时空动力学, 发现它是由两套具有时间反演行为的四边形子结构交替振荡并相互嵌套而成的. 讨论了介质表面的壁电荷分布对发光斑图的形成及其时空动力学行为的影响. 关键词： 介质阻挡放电 四边形斑图 壁电荷     

介质阻挡放电系统中超四边形斑图形成的实验研究

采用水电极介质阻挡放电装置,在氩气和空气的混合气体放电中,对超四边形斑图的形成进行了实验研究.发现随着外加电压的升高,斑图类型经历了四边形斑图、准超点阵斑图、超四边形斑图、条纹斑图或六边形斑图的演化顺序.对这些斑图进行了傅里叶谱分析,得到了空间模式随电压的变化关系.此外,在外加电压升高的过程中,出现了具有不同空间尺度的两种超四边形斑图,它们满足不同的驻波条件.分析了壁电荷在超四边形斑图形成中的作用.实验测量了斑图类型随气隙间距和外加电压变化的相图以及超四边形斑图随气隙间距和气隙气压变化的相图.测量了击穿电 关键词： 介质阻挡放电 斑图 壁电荷 放电参量     

介质阻挡放电斑图中放电通道的相互作用研究

在近大气压介质阻挡放电中，研究了六边形斑图的空间波长随放电参数的变化，仔细观察了稳定的六边形中放电通道的产生及运动行为.结果表明空间波长随电压增加而减小，变化曲线与放电间隙和气压有关.电压升高，边界处生成新的放电丝，位于六边形最外层顶点处新生成的放电丝沿径向运动，而位于六边形边长上新生成的放电丝的运动方向平行于距其最近的C₂轴(过六边形顶点). 继续升高电压，放电丝变为条状进而形成螺旋波或靶波.在观察实验结果和分析放电丝受力的基础上，认为放电区域可能存在一种类似二维库仑晶体中存在的约束势. 关键词： 介质阻挡放电 斑图 放电通道 约束势     

不同结构六边形斑图演化过程光谱特性

采用发射光谱法,研究了水电极介质阻挡放电中具有相同对称性的3种不同结构的六边形斑图演化过程的光谱特性。实验结果表明,随着外加电压的增加,放电首先形成六边形点阵斑图,然后是空心六边形斑图,最后是蜂窝六边形斑图。利用氩原子696.5 nm(2P_2→1S_5)谱线的展宽、氩原子763.2 nm(2P_6→1S_5)与772.1 nm(2P_2→1S_3)两条谱线强度比法和氮分子第二正带系(C~3Π_u→B~3Π_g)的发射谱线,研究上述3种斑图的电子密度、电子激发温度及分子振动温度。结果发现,随着外加电压的升高,六边形点阵斑图、空心六边形斑图和蜂窝六边形斑图的电子密度逐渐减小,而电子激发温度和分子振动温度逐渐增加。等离子体状态的改变直接影响着斑图的自组织。     

介质阻挡放电中单晶胞白眼斑图的光谱研究

在介质阻挡放电系统中,空气和氩气混合气体的实验条件下,第一次实现了只具有一个单元结构的白眼斑图。该斑图的结构从中心位置向外依次为：中心点,围绕中心点的环和环外六个点。由于出现该单晶胞白眼斑图时的电压较低,而本实验采用的水电极中的水的比热容大,具有良好的吸热性,这使斑图在放电过程中放电气隙间的气体的温度没有升高,并且放电现象没有发生变化。因此在实验过程中,单晶胞白眼斑图在长时间放电的情况下并没有使其等离子体状态发生改变。由普通照相机所拍摄的图片可以看到,单晶胞白眼斑图的中心点,围绕中心点的环和环外六个点的亮度有明显不同。在不同压强下该斑图的稳定性有所不同,并且中心点,围绕中心点的环和环外六个点的亮度随压强的变化有所不同。鉴于此,本实验采用了发射光谱法,研究了单晶胞白眼斑图中不同位置处(中心点、环及外围六个点)的等离子体温度随压强的变化关系。其中,分子振动温度使用氮分子第二正带系(C3Π_u→B3Π_g)的发射谱线来计算;电子激发温度利用氩原子763.26 nm(2P₆→1S₅)与772.13 nm(2P₂→1S₃)两条谱线强度值进行比较的方法进行研究;电子密度利用氩原子696.57 nm(2P₂→1S₅)谱线的展宽来测量。发现在同一实验条件下,单晶胞白眼斑图的中心点的电子激发温度、电子密度和分子振动温度均最低,环外六个点相应的电子激发温度、电子密度和分子振动温度次之,环相应的电子激发温度、电子密度和分子振动温度均最高;随着气体压强从40 kPa增大到60 kPa,单晶胞白眼斑图不同位置处的电子密度增高但分子振动温度和电子激发温度均降低。本实验结果有助于进一步研究自组织斑图形成的机制。     

介质阻挡放电中两种不同时空对称性的六边形发光斑图

采用水电极介质阻挡放电装置，在大气压氩气放电中，在低电压区和高电压区，观察到两种具有不同时空特性的六边形点阵发光斑图.低压区的六边形斑图空间波长及单元直径均小于高压区的六边形斑图的相应量；高压区的六边形斑图具有较亮的背景，而低压区的六边形则没有.通过对两种六边形发光斑图进行时空动力学测量，发现低压区六边形是由两套长方形子点阵嵌套而成的，且这两套子点阵的出现顺序交替变化；而高压区六边形点阵斑图的所有单元基本是同步的.最后讨论了壁电荷对斑图的时空动力学行为的影响. 关键词： 介质阻挡放电 六边形斑图 时间相关性     

大气压介质阻挡放电中的自组织斑图结构

采用水作为电极,对大气压介质阻挡放电中的自组织斑图结构进行了研究,观测到了规则的斑图结构(包括准六边形斑图和条带状斑图)和不规则的斑图结构.实验发现斑图中放电丝的密度随着电介质层厚度的增加及放电气隙宽度变大而减小,而随外加电压及频率增大而增大.采用空间相关函数的方法分析了准六边形斑图结构中的放电丝分布与驱动电源电压的关系 关键词： 介质阻挡放电 自组织斑图 放电丝密度 空间相关函数     

介质阻挡放电中点线超四边形发光斑图研究

采用光电倍增管和光谱仪,研究了介质阻挡放电中点线超四边形发光斑图的时空结构和等离子参数。通过对斑图中放电丝光信号的采集和分析可知:点线超四边形斑图是由四套不同的子结构相互嵌套而成,在每半个电压周期内依次为小点四边形、大点连线、大点晕和位于大点中心的小点四边形。其中前三套子结构在电压上升沿放电,最后一套在电压下降沿放电。利用发射光谱法,采集了氮分子(N2)第二正带系(C3Πu→B3Πg)发射谱线,并计算得到了点线超四边形斑图中不同子结构的分子振动温度。结果表明:小点、大点连线和大点的分子振动温度几乎相同。讨论了介质表面的壁电荷分布对点线超四边形斑图的形成及其时空动力学行为的影响。     

介质阻挡放电中栅栏发光斑图等离子体参量研究

采用高速录像机和光谱仪,研究了在双水电极介质阻挡放电装置中首次得到的由长短交替的棒状放电结构组成的栅栏斑图。通过观察20 μs曝光录像照片发现栅栏斑图由体放电和沿面放电组成。采用发射光谱法,利用N₂第二正带系(C³Π_u→B³Π_g)的发射谱线和Ar Ⅰ(2P₂→1S₅)谱线的展宽,分别测量和比较了不同体放电和沿面放电不同位置处的分子振动温度和电子密度。结果发现:斑图中具有较强沿面放电的体放电比具有较弱沿面放电的体放电拥有较高的分子振动温度和电子密度;在沿面放电的方向上,沿面放电的分子振动温度和电子密度均逐渐降低。理论分析证明,壁电荷在狭缝内的非等量分布是影响栅栏斑图形成的主要因素。     

介质阻挡放电中超四边斑图沿面放电的光谱研究

利用水电极介质阻挡放电装置,在氩气和空气的混合气体中,首次观察到了超四边斑图沿面放电,它是由中心点和暗点组成的。通过观察普通相机的斑图照片,可以发现中心点位于周围四个暗点的中心处。利用高速录像机对斑图进行短曝光拍摄,观察发现中心点对应体放电,暗点对应沿面放电,暗点由这些沿面放电形成。中心点和暗点的亮度有所不同,这说明中心点和暗点的等离子体状态可能不同。采用发射光谱法,研究了超四边斑图沿面放电的的中心点和暗点的等离子体参量随氩气含量的变化趋势。利用氮分子第二正带系(C3Π_u→B3Π_g)发射谱线,计算得出了中心点和暗点的分子振动温度; 然后通过氩原子696.57 nm (2P₂→1S₅)谱线的展宽,研究了中心点和暗点的电子密度。实验结果表明： 在相同氩气含量下,暗点的分子振动温度和电子密度均高于中心点的相应等离子体参量; 在其他实验条件不变的情况下,随着氩气含量从90%增大到99.9%,中心点和暗点的分子振动温度和电子密度均逐渐增大。结果表明中心点和暗点的等离子状态不同,说明二者的放电机制可能不同。     

介质阻挡放电系统复合气隙中三种放电丝的光谱研究

介质阻挡放电系统（DBD）作为一个典型的非平衡气体放电系统,不仅在工业生产如低温等离子体生产和发光等方面被广泛应用,而且该系统表现出的非线性现象、自组织现象也吸引人们的关注。DBD系统中放电丝的等离子体参量受诸多因素影响,为了探究DBD系统的放电条件对等离子体参量的影响,该实验重新设计放电单元以保证在其他实验条件相同的情况下,对放电气隙间距和气体组分与等离子体参数之间的关系展开研究。本实验的放电单元为一个平板型玻璃框架气隙,该气隙由三个厚度均为1.2 mm,放电区域边长分别为40,30和20 mm的正方形玻璃框架复合而成,因此该放电气隙有三个放电区域,将此复合气隙放置于可调节气体成分和压强的真空室内,可以同时产生三种放电气隙间距分别为1.2,2.4和3.6 mm的等离子体放电丝。高速录像机拍摄的瞬时照片表明三种放电丝均为随机放电丝,即其放电类型均为流光放电。在垂直于放电气隙平面的方向设置光路,使用聚焦透镜获得清晰的成像,移动光纤探头实现空间分辨并采集数据。实验用光谱仪采集三种等离子体的氮分子第二正带系(C3Π_u→B3Π_u) 谱线,根据谱线强度计算得到各类放电丝的分子振动温度;利用谱线中包含的氮分子离子N+₂第一负带系谱线(391.4 nm)和氮分子第二正带系394.1 nm谱线强度的比值反应放电丝中电子平均能量;改变气室内氩气的含量,得到了三种等离子体的分子振动温度和电子平均能量的变化趋势。实验结果表明：在氩气含量0%~60%区间内,随着氩气含量的增加,三种等离子体的分子振动温度均先升高后降低,整体趋势表现为相同氩气含量下放电气隙间距越小分子振动温度越高,即1.2 mm气隙厚度中的放电丝的分子振动温度最高,2.4 mm气隙厚度次之,3.6 mm气隙厚度的最低;随氩气含量的增加放电丝的平均电子能量先升高后降低,氩气含量相同时气隙厚度越小的放电丝的电子平均能量越高,即1.2 mm气隙厚度中放电丝的电子平均能量最高,2.4 mm气隙厚度的次之,3.6 mm气隙厚度中的最低。实验结果对于研究DBD系统中等离子体参量、工业生产等方面具有重要的参考意义。     

介质阻挡放电白眼六边形斑图等离子体温度研究

利用水电极介质阻挡放电装置, 在不同氩气含量的气体放电中, 首次观察到了白眼六边形斑图, 此斑图的白眼晶胞都是由点、环和晕三层结构组成的, 且其放电稳定性和持续性极好。从照片中可以观察到这三种结构有明显的亮度差异, 说明白眼晶胞中点、环和晕可能处于不同的等离子体状态, 同时在不同氩气含量下, 白眼晶胞的颜色和亮度都有明显的差异, 说明白眼晶胞的等离子体状态也有所不同。由于此次研究的白眼六边形斑图是在较低的电压下得到的, 使得水电极的温度没有升高且放电现象没有发生变化, 因此在实验过程中长时间的放电没有影响该斑图的等离子体状态。为此, 本小组采用发射光谱法, 研究了此斑图的白眼晶胞中的点、环和晕的两种等离子体参数: 分子振动温度和电子密度随氩气含量的变化关系。利用氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线, 计算了白眼晶胞中的点、环和晕的分子振动温度;实验采集了Ar Ⅰ(2P2→1S5)的发射谱线, 通过白眼晶胞中的点、环和晕的谱线展宽随氩气含量的变化, 来反映白眼晶胞的三层结构的电子密度的变化。实验发现: 在同一氩气含量条件下, 白眼晶胞中点、环和晕的分子振动温度从大到小为: 晕、环、点, 而电子密度从大到小为: 点、环、晕;随着氩气含量从70%增大到90%, 点的分子振动温度及电子密度均增加;环的分子振动温度基本保持不变, 而其电子密度减小;晕的分子振动温度及电子密度均减小。实验结果说明白眼晶胞中的点、环和晕的等离子体状态不同。本工作结果, 对于研究介质阻挡放电中具有多层结构的自组织斑图有重要意义。     

介质阻挡放电白眼六边形斑图等离子体温度研究

利用水电极介质阻挡放电装置,在不同氩气含量的气体放电中,首次观察到了白眼六边形斑图,此斑图的白眼晶胞都是由点、环和晕三层结构组成的, 且其放电稳定性和持续性极好。从照片中可以观察到这三种结构有明显的亮度差异,说明白眼晶胞中点、环和晕可能处于不同的等离子体状态,同时在不同氩气含量下,白眼晶胞的颜色和亮度都有明显的差异,说明白眼晶胞的等离子体状态也有所不同。由于此次研究的白眼六边形斑图是在较低的电压下得到的,使得水电极的温度没有升高且放电现象没有发生变化,因此在实验过程中长时间的放电没有影响该斑图的等离子体状态。为此,本小组采用发射光谱法,研究了此斑图的白眼晶胞中的点、环和晕的两种等离子体参数：分子振动温度和电子密度随氩气含量的变化关系。利用氮分子第二正带系(C3Πu→B3Π_g)的发射谱线,计算了白眼晶胞中的点、环和晕的分子振动温度;实验采集了Ar Ⅰ(2P₂→1S₅)的发射谱线,通过白眼晶胞中的点、环和晕的谱线展宽随氩气含量的变化,来反映白眼晶胞的三层结构的电子密度的变化。实验发现：在同一氩气含量条件下,白眼晶胞中点、环和晕的分子振动温度从大到小为：晕、环、点,而电子密度从大到小为：点、环、晕;随着氩气含量从70%增大到90%,点的分子振动温度及电子密度均增加;环的分子振动温度基本保持不变,而其电子密度减小;晕的分子振动温度及电子密度均减小。实验结果说明白眼晶胞中的点、环和晕的等离子体状态不同。本工作结果,对于研究介质阻挡放电中具有多层结构的自组织斑图有重要意义。     

常压介质阻挡放电等离子体发射光谱的检测分析

以常压介质阻挡放电等离子体作为研究对象,在常温常压条件下使用介质阻挡放电光谱诊断装置,得到N2第二正系跃迁和Ar原子发射谱线。通过对放电光谱的检测分析,可以察知常压介质阻挡放电等离子体的特性,并可运用同一元素谱线的相对强度来诊断电子激发温度等物理参量,以达到对材料表面改性过程的实时监控,工作的结果对常压介质阻挡放电及其在材料改性的应用中具有重要的意义。     

介质阻挡放电中白眼斑图的分子振动温度

在空气和氩气的混合气体介质阻挡放电中,得到了白眼斑图,其晶胞是由一个封闭六边形包围一个亮点所组成。观察发现,该斑图单个晶胞上中心点、六边形顶点及六边形边上呈现出三种不同的亮暗状态。该工作利用光谱方法,分别对白眼斑图单个晶胞以上三处的振动温度进行了测量,并研究了它们随氩气含量的变化。振动温度是根据氮分子的第二正带系(C3Π_u→B3Π_g)的发射谱线计算的。结果表明：白眼斑图中的中心点、六边形的顶点以及六边形边上中点的振动温度依次升高,且均随氩气含量的增加而减小。     

介质阻挡放电中两种亮暗点菱形斑图的光谱研究

空气和氩气混合气体的双水电极介质阻挡放电装置中,在电压升高过程中首次发现了两种由亮点和暗点组成的亮暗点菱形斑图。通过观察斑图照片可以发现： 第一种菱形斑图(菱形斑图Ⅰ)中的暗点处于由亮点组成的菱形单元的中心;第二种菱形斑图(菱形斑图Ⅱ)中的暗点恰好处于周围其他三个亮点的中心位置。利用发射光谱法,通过采集氮分子(N₂)第二正带系(C3Π_u→B3Π_g)发射谱线和氩原子696.54 nm(2P₂→1S₅)谱线的展宽,研究了两种菱形斑图中亮点和暗点的分子振动温度和电子密度。实验发现： 两种菱形斑图中暗点的分子振动温度均高于亮点,相对菱形斑图Ⅰ来说,菱形斑图Ⅱ中的亮点和暗点的分子振动温度均升高;而菱形斑图Ⅰ中暗点的电子密度低于亮点,菱形斑图Ⅱ中亮点和暗点的电子密度却几乎相等。两种菱形斑图中电子密度表现出不同的变化趋势,且在菱形斑图Ⅱ中表现出的规律尤为特殊,因而采用高速录像机对菱形斑图Ⅱ进行短曝光拍摄观察斑图中亮点和暗点的成分,发现暗点是体放电和沿面放电共存的状态。进一步研究从菱形斑图Ⅰ到菱形斑图Ⅱ的演化过程中三种斑图中亮点的电子密度,结果发现： 演化中间过程的斑图中的亮点的电子密度最大,菱形斑图Ⅱ中亮点的电子密度最低。实验结果对于研究斑图的自组织形成过程具有参考作用。     

锯齿波频率对介质阻挡放电光谱特性的影响

采用微间隙平行平板介质阻挡放电(DBD)装置,以氩气作为工作气体,研究了锯齿波激励下DBD的放电图像、发光信号、发射光谱与锯齿波频率的关系。研究发现随锯齿波频率增加,DBD会从均匀模式(低于10 kHz),经历微放电丝与均匀放电共存,并最终过渡到微放电丝占据全部的电极区(频率高于35 kHz)。外加电压和发光波形表明,锯齿波频率较低时的均匀放电对应高占空比的阶梯放电。随频率增大,出现微放电丝后,发光波形呈现多脉冲形式,且电压半周期中的发光脉冲个数随着锯齿波频率的增大而减小。当锯齿波频率高于35 kHz时,每半个电压周期的发光脉冲个数减小为一个(单脉冲放电)。通过对放电的发射光谱进行研究,发现发射光谱中包含氮分子的第二正带系(C3Π_u→B3Π_u),OH(A2Σ+→X2Π)和ArI的特征谱线。研究表明OH(308.8 nm)和ArI(750.4 nm)的谱线强度均随锯齿波频率的增大而增大。     

介质阻挡放电中单双层气隙内微放电通道的等离子体参量研究

采用H型放电间隙的介质阻挡放电装置,在氩气和空气的混合气体中,得到了三种新颖的等离子体发光斑图。较于传统获得的斑图,这三种发光斑图是产生在单层气隙与双层气隙结合的气隙装置之中。通过相机拍摄到的斑图照片,可以发现单层气隙和双层气隙中微放电通道呈现的发光亮度、颜色、放电面积等状态有所不同,这表明微放电通道所处的等离子体状态可能各不相同。通过分析这三种等离子体发光斑图, 利用发射光谱法首次研究了单层气隙和双层气隙内微放电通道的等离子体参量。实验通过采集氮分子第二正带系(C3Π_u→B3Π_g)的发射谱线计算了单层气隙和双层气隙内微放电丝的分子振动温度,并进一步利用氩原子696.57 nm(2P₂→1S₅)谱线的展宽分析了单层气隙和双层气隙内微放电丝的电子密度。结果发现： 在左右相同厚度的双层气隙中,耦合微放电丝的分子振动温度基本相同,电子密度也趋于一致,单层气隙内微放电丝的分子振动温度要高于双层气隙内微放电丝,电子密度则小于双层气隙内微放电丝。单层气隙和双层气隙中不同微放电通道等离子体状态的差异性使之形成多种折射率的等离子体光子晶体,其周期性排布将具有更加丰富的带隙结构。