常压氮气均匀介质阻挡放电的电学特性和发射光谱研究

论文摘要

在常压下实现大面积均匀放电等离子体是一项具有工业应用价值的研究课题。常压均匀介质阻挡放电在材料表面改性、环境去污、杀毒灭菌、薄膜沉积等领域具有广泛的应用前景。本论文在常压下对氮气均匀介质阻挡放电的电学特性和放电等离子体的发射光谱进行了研究,取得如下主要研究成果:1.通过在电源与反应器之间配置一个并联阻抗匹配电路,使放电负载可从电源得到更多的能量,从而提高了放电效率。利用介质阻挡平行板电极结构在常压下成功地获得了具有工业应用价值的大面积（150x300 mm）氮气均匀放电等离子体,并采用一种简明可靠的方法分离了测量电流中的位移电流和传导电流,并根据放电中的李萨茹图形计算出放电功率。研究了在放电电路中使用匹配电路时,放电峰一峰值电压和放电驱动频率对放电中的传导电流、放电功率以及均匀放电发光区域的影响。结果表明,当放电驱动频率和气体间隙固定时,随着放电峰一峰值电压的增加,传导电流和放电功率逐渐增大,均匀放电发光区域从极板中心逐渐扩展至整个极板表面;而当放电峰一峰值电压和气体间隙固定时,在最佳匹配情况下,随着放电驱动频率的增加,传导电流和放电功率也逐渐增大,但是均匀放电发光区域并没有明显的变化。在低放电驱动频率和高放电峰-峰值电压下,可以有效地降低位移电流,提高放电时的传导电流和放电功率。2.利用发射光谱技术测量了常压氮气均匀介质阻挡放电等离子体中的N2（c3Πu→B3Πg）和N2+（B2（?）→X2（?））的发射光谱,并研究了放电峰-峰值电压和放电驱动频率对N2（c3Πu→B3Πg）和N2+（B2（?）→X2（?））发射光谱强度的影响。结果表明:N2（c3Πu→B3Πg）和N2+（B2（?）→X2（?））的发射光谱强度在放电峰-峰值电压为21-26 kV时变化很小,而当放电峰-峰值电压高于26 kV时,其发射光谱强度陡然增强; N2（c3Πu→B3Πg）和N2+（B2（?）→X2（?））的发射光谱强度随放电驱动频率的增加而明显增强。3.讨论了激发态N2+（B2（?））离子分别在纯N2和He+N2混合气体的均匀介质阻挡放电中的产生机制。结果表明,在纯N2均匀介质阻挡放电中,激发态N2+（B2（?））离子主要通过高能电子与基态N2（X1（?））分子碰撞电离激发产生。在He+N2混合气体均匀介质阻挡放电中,激发态N2+（B2（?））离子主要通过亚稳态He（23S）与基态氮分子潘宁电离产生。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 气体放电和等离子体概述
• 1.2 常压介质阻挡放电
• 1.3 常压均匀介质阻挡放电等离子体的应用及研究意义
• 1.4 常压均匀介质阻挡放电等离子体的研究概况
• 1.5 常压均匀介质阻挡放电的放电模式
• 1.6 本论文的选题依据和主要内容
• 2 常压氮气均匀介质阻挡放电装置的建立
• 2.1 实验装置
• 2.2 外部条件对常压介质阻挡放电的影响
• 2.2.1 频率、间距对气体放电的影响
• 2.2.2 阻挡介质对放电产生的影响
• 2.3 阻抗匹配对放电的影响
• 2.3.1 理想变压器阻抗匹配的基本理论
• 2.3.2 非理想变压器阻抗匹配的基本理论
• 2.4 功率测量基本原理
• 2.5 发射光谱诊断方法
• 3 常压氮气均匀介质阻挡放电中的传导电流和位移电流
• 3.1 位移电流的物理描述
• 3.2 常用的去除位移电流实验方法
• 3.3 本实验所采用的去除位移电流的实验方法
• 3.4 小结
• 4 常压氮气均匀介质阻挡放电基本特性研究
• 4.1 常压氮气均匀介质阻挡放电的模式转换
• 4.2 氮气中常压均匀介质阻挡放电的放电特性
• 4.2.1 阻抗匹配电路参数选择
• 4.2.2 放电峰-峰值电压对放电特性的影响
• 4.2.3 放电驱动频率对放电特性的影响
• 4.3 小结
• 5 常压氮气均匀放电等离子体发射光谱诊断
• 5.1 常压氮气均匀放电等离子体发射光谱
• 2（C³П_u→B³П_g）发射光谱强度的影响'>5.1.1 放电峰-峰值电压对N₂（C³П_u→B³П_g）发射光谱强度的影响
• 2（C³П_u→B³П_g）发射光谱强度的影响'>5.1.2 放电驱动频率对N₂（C³П_u→B³П_g）发射光谱强度的影响
• 5.2 氮分子离子的产生机制
• 5.2.1 放电峰-峰值电压和放电驱动频率对氮分子离子的影响
• 2与He+N₂混合气体中N₂⁺（B²（?）→X²（?）0-0391.4nm）的发射光谱比较'>5.2.2 N₂与He+N₂混合气体中N₂⁺（B²（?）→X²（?）0-0391.4nm）的发射光谱比较
• 5.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢