N2交流辉光放电等离子体喷束的光谱测量及特性研究

建立了一套交流放电产生N2等离子体喷束的装置,该装置可对氮气进行高达15 kV连续放电.采用浓度调制光谱技术对放电辉光光谱进行探测,并对实验中放电电流和光谱信号的关系进行了讨论.沿着束流的轴向探测了不同位置N2等离子体的发射光谱,发现其激发态振动温度随着束流的下降先降低继而升高,并根据实验条件分析了其变化规律和产生机理.研究了束流中N2 /N2比例变化过程,发现随着束流向下两者比例逐渐升高,并结合实验装置进行讨论.     

半球形电极弥散放电等离子体参量的光谱研究

利用两个半球形水电极介质阻挡放电装置,在空气中实现了弥散放电,采用发射光谱法,对分子振动温度、分子转动温度及电子平均能量等随电压的变化进行了研究。实验利用氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线得到了氮分子的振动温度;通过氮分子离子(N2+)的第一负带系(B2Σu+→X2Σg+)的发射谱线计算了氮分子的转动温度;采集了氮分子离子391.4nm和激发态的氮分子337.1nm两条发射谱线的相对强度之比,研究了电子的平均能量的变化。结果表明:随外加电压的增加,分子的转动温度呈上升趋势,分子的振动温度呈下降趋势,电子能量呈缓慢的下降趋势。     

������������������Ũ�ȵ��ƹ������

采用浓度调制光谱技术研究了连续交流放电产生的氮等离子体喷束。当放电峰峰电压VPP大于9.6kV时,氮离子以脉冲形式产生,每个放电电压周期产生一次。此时监测到交流放电电流上有一反向电流尖峰,该电流尖峰是等离子体喷束中氮离子惯性运动形成的,其强度与浓度调制光谱的强度成正比。根据浓度调制光谱的1f/2f检测结果,提出了一个理论模型,解释了上述现象。     

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。     

速度调制光谱技术特性的研究

利用N2^ A^2Ⅱu-X^2∑g^ (2-0)Meinel带系谱线研究了速度调制光谱技术的特性。从理论和实验上考察了速度调制谱信号强度与放电电流、放电气体的气压以及真空泵的泵速的关系。利用所获得的研究结果提高谱仪的灵敏度和分辨率达3倍以上,实验运行开支节省3／4左右。表明该实验研究具有重要的应用价值。     

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。     

用浓度调制光谱法测量水汽辉光放电中OH和H2O的布居数变化

本文使用波长为2.8 μm的分布式反馈激光器来测量水汽辉光放电产生的物种. 使用浓度调制光谱仅观察到OH自由基和瞬态H₂O分子的吸收光谱. 吸收峰的强度和方向随解调相位而变化,但是H₂O的一个吸收峰的方向始终与其它峰相反. OH和H₂O的不同光谱取向反映了能级中粒子数量的增加或减少. 如果在放电过程中可以检测到更多的瞬态物种,则可以更好地研究H₂O的激发、电离和分解动力学. 研究表明,浓度调制光谱的解调相位关系可以用来研究分子能级的布居数变化.     

细长金属管内产生的直流辉光等离子体发射光谱诊断

利用发射光谱法对金属管内形成的稳定氩氮直流辉光等离子体进行了诊断。通过对等离子体发射光谱谱线的研究确定了等离子体中的活性粒子成分;根据氩原子的玻尔兹曼曲线斜率法计算了等离子体中的电子激发温度;采用氮分子第二正带系跃迁(C3Π_u→B3Π_g)的发射谱线计算了等离子体中的氮分子振动温度;研究了电子激发温度和氮分子振动温度随压强的变化特征。研究结果表明,在20 Pa下产生的Ar60%+N₂40%直流辉光等离子体中,活性成分主要是Ar原子、Ar离子、N₂的第二正带系跃迁(C3Π_u→B3Π_g)和N+₂的第一负带系跃迁(B2Π+_u→X2Σ+_g);电子激发温度约为(15 270±250)K;氮分子(C3Π_u)振动温度约为(3 290±100)K;随着压强的增加电子激发温度、分子振动温度逐渐降低。文章的研究结果对细长金属管内表面改性研究具有重要的意义。     

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。     

甲醇交流放电产物的光谱研究

利用浓度调制光谱技术测量甲醇交流放电分解产物的发射光谱,在300～700 nm之间主要观测到激发态CO分子的B 1Σ+—A1Π Angstrōm跃迁带、激发态CH分子430 nm附近的A 2Δ—X 2Π跃迁带系和390 nm附近的B 2Σ-—X 2Π跃迁带系以及CHO(329.82 nm),CH₂O(369.8 nm),CH₃O(347.8 nm),H（巴末耳线系）的发射谱线。通过光谱强度分析得到,CO激发态B 1Σ+的振动温度达1 638 K,CH激发态A 2Δ的振动和转动温度分别为4 200和1 100 K。改变放电电压和样品气压,测量CO,CH和H的发射光谱强度的变化关系,发现增加放电电压或减少样品气压,CO（B 1Σ+）和H(656 nm) 的发射光谱强度比CH(A 2Δ)发射光谱强度增加得快,从而进一步讨论了甲醇交流放电解离通道和产氢机制。     

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。     

电弧及辉光微等离子体大气压取样的发射光谱研究

在线化学分析需要实现开放环境下的样品取样和电离/激发。相比于激光切削或者激光诱导击穿,大气压微等离子体系统结构简单,更利于小型化。因而基于大气压微等离子体的在线化学分析技术引起行业的广泛关注。为了确定合适的微等离子体源进行样品的在线元素检测,需要进一步了解各放电模式及工作参数下微等离子体的自身特性以及取样效果。该工作主要研究了电弧及辉光放电微等离子体在大气压下对样品铁取样发射光谱的特性。实现了在开放环境下对高熔点金属样品的在线检测,并发现电弧放电微等离子体与光谱分析源联用具有更高的取样效率。高采样效率的电弧放电微等离子体源为实现金属及难解离样品的检测提供了一种新的方法。同时,相较于传统的取样装置,避免了复杂的样品制备、样品传输过程。实验装置采取简单的针对板放电结构,分别利用高压脉冲电源、直流电源获得电弧放电和辉光放电。实验的结果表明,在放电功率近似相等的条件下,电弧放电产生的微等离子体对样品铁取样的光学发射谱中,样品元素的特征谱线占据主导地位,同时伴随有空气中氮气的谱线,而且铁离子(FeⅡ)谱线的相对强度显著高于氮气分子谱线的相对强度。而在直流辉光放电中,样品铁原子(FeⅠ)谱线相对强度非常不明显。由此说明,电弧放电产生的微等离子体具有更高的采样效率。放电在样品表面留下的溅射坑也得出了相同的结论。增加辉光放电电流到25 mA,发现样品元素铁的谱线仍然没有明显的增强。同时,也研究了采样间距对两种采样模式的影响。实验结果表明,间距对两种模式的采样光谱没有显著的影响。采用主要成分为铝的合金铝箔进行了上述对比实验,得出相同的结论,即电弧放电微等离子体更适合作为光谱分析源来实现对金属样品的实时快速检测。     

光谱法研究低气压空气介质阻挡放电均匀性

利用介质阻挡放电装置.在低气压空气中得到了均匀放电,并采用光谱法,研究了放电等离子体温度的空间均匀性.实验采集了氮分子光谱,采用氮分子第二正带系C3Ⅱu→B3Ⅱg计算振动温度;采用氮分子离子第一负带系计算转动温度(气体温度).实验发现,振动温度随电压增加而减小,而转动温度随电压增加而增大.等离子体振动温度和转动温度在空...     

流动氩气介质阻挡放电特性及振动温度研究

采用双水电极介质阻挡放电装置,在流动氩气中通过改变气隙间距、驱动电源频率和气体流量等研究放电电学特性和振动温度的变化。电学测量结果发现如果固定其他实验条件而只改变某一参数,小气隙间距放电的电流峰值和功率比大气隙间距的高。同样,增大驱动电源频率也能够使放电的电流峰值和功率增加,而增加气体流量使得放电电流峰值和功率减小。最后利用光谱学方法,通过对放电发射光谱中氮分子振动带系的分析,发现振动温度随着放电气隙间距、电源频率和气体流量的变化关系与放电的电流峰值和功率的变化关系基本一致。这些结果对流动气体中大气压介质阻挡放电的应用具有重要意义。     

常压介质阻挡放电氧气大气谱带分析

观测了氧气常压介质阻挡放电过程产生的发射光谱,利用氧气大气谱带(b 1Σ＋_g→X 3Σ-_g)转动结构的拟合光谱与实验光谱的比较和氧原子发射谱线测量了等离子体的气体温度和电子温度; 通过分析氧气常见激发态(a 1Δ_g,b 1Σ＋_g和A 3Σ＋_g)的产生和猝灭途径,结合氧气激发、解离过程的动力学数据,探讨了在大气压介质阻挡放电条件下氧气大气谱带的产生原因。结果表明：在该实验条件下氧气常压介质阻挡放电时电子温度(11 800±400) K远高于气体温度(650±20) K,由于a 1Δ_g的辐射跃迁概率太小,且A 3Σ＋_g在高气压下很容易被猝灭,实验中没有观测到这两个激发态的辐射,而测到了具有清晰转动结构的氧气大气谱带。