论文摘要
低温等离子体空间富集的离子、电子、激发态原子、分子及自由基都是极活泼的反应性物种,这些活性粒子更易于和所接触的材料表面发生反应,因此可用于对材料表面进行处理。目前,多数低温等离子体是在几百帕的低气压下通过气体放电产生的,但对于大规模工业生产,低气压等离子体存在投资高、应用复杂、难于连续生产等问题。因此,最适合用于工业生产的是大气压下空气中放电产生的等离子体。由于介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge:DBD)在一定条件下可转变为均匀的类辉光放电,因此已被经用于等离子体表面处理。但是在大气压下空气氛围中,上述的类辉光状态却很难获得,其放电大多由直径很小但电流密度很大的细丝组成,难以对材料表面进行均匀处理,甚至会造成介质或试品表面烧蚀或穿孔,因此在大气压下空气中获得分布均匀且强度适中的放电将有着重要的意义。本研究发现,高速气流的使用将有助于增强大气压下空气DBD运行的稳定性和均匀性。本实验使用频率300 Hz—10 kHz,峰值电压40 kV的可调交流电源,采用平行板电极结构(单侧覆盖介质),并利用一个吹风机控制放电空间的气体流速,研究了高速气流对大气压下空气DBD形貌及强度的影响。文章首先介绍了在无气流影响条件下电压、频率、放电间隙等实验条件对运行的影响,实验发现:在无气流影响下,电压越高,则放电越强,流光通道也趋于固定;频率增大,放电强度也有所增强,且正半周期增加的幅度明显快于负半周期,流光通道更加稳定;放电间隙减小,击穿电压明显减小,且放电呈现出貌似均匀的大气压类辉光放电。而后,本文详细讨论了气流对介质阻挡放电的影响,通过与上一组数据对比发现:加入高速气流后,放电斑图从丝状转变为带状,且带状的曲率值随着气流速度的加大而加大,放电强度随着气流速度的加大而减小。此外,放电形貌和强度的变化还受到放电频率、放电电压和放电间隙等因素的影响,本文重点讨论了放电频率的作用,研究发现:频率越高,放电强度越弱,以至于当放电频率接近于500 Hz时,放电强度随着气流速度增大而减小的趋势已经变得很不明显。为了验证以上结论,我们分别测量了放电频率在2 kHz,1 kHz,500 Hz时的等离子体发射光谱,结果表明:发光强度随着气流的加入而减小,且变化趋势明显;但是随着频率的减小,气流对发光强度的影响变小。以上趋势与电流强度的变化相符合。本文还发现:当固定气流速度时,带状斑图的曲率并不随电压、频率和间隙的改变而发生变化。