空气中交流针-板大气压辉光放电

空气中的大气压辉光放电通常因放电易过渡到火花状态而难以产生。在静态大气压空气针-板等离子体发生器中,采用阻容耦合负反馈方法控制等离子体放电发展过程,成功地抑制了辉光放电向火花放电的过渡,产生了稳定的交流辉光放电。研究了电压、电极间距等参数变化对放电的影响。

空气中介质阻挡大气压辉光放电特性的研究

采用筛网电极和聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)薄膜作为阻挡介质的介质阻挡放电(DBD)结构在空气中产生大气压辉光放电(APGD)。通过测量空气中APGD的电气特性和发光强度空间的分布特性,比较了它们与丝状DBD的区别: 通过研究APGD的放电特性,分析了空气中APGD的放电机理。实验结果与分析表明,采用该电极结构可以在空气中产生APGD,空气中APGD的放电特性与丝状DBD具有明显的区别,筛网电极起到了在气隙击穿前产生电晕放电对驻极体阻挡介质充电的作用。

空气中交流针-水电极大气压辉光放电

空气中大气压辉光放电是当前低温等离子体研究的热点,但通常因为放电容易过渡到火花状态,很难产生.为此,在大气压静态空气中采用阻容耦合负反馈方法控制针-水电极等离子体放电发展正反馈过程引起的不稳定性,同时利用水电极良好的热传导性能增强放电的稳定性,成功地抑制了辉光放电向火花放电的过渡,得到了稳定的交流辉光放电.

用大气压下空气辉光放电对聚四氟乙烯进行表面改性

通过放电的电气特性测量和发光特性观察,界定了空气中大气压下辉光放电(APGD)和介质阻挡放电(DBD)的不同放电特点.用扫描电子显微镜(SEM)观察、接触角测量和X射线光电子能谱分析(XPS)等手段,研究了空气中APGD和DBD对聚四氟乙烯(PTFE)表面进行改性的效果,并分析了APGD和DBD处理效果不同的原因.实验结果表明:PTFE表面经APGD和DBD处理后,其表面微观样貌和表面化学成分均发生变化,且APGD的处理效果优于DBD.APGD可以对PTFE表面进行更为均匀的处理,经APGD处理40s后,PTFE表面的w(O)从0增加到21%,表面的水接触角从118°下降到53°.

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。

大气压液体阴极辉光放电发射光谱检测水体中的铅

建立了一套基于大气压液体阴极辉光放电原子发射光谱（electrolyte cathode atmospheric glow discharge atomic emission spectroscopy,ELCAD-AES）的水中金属离子检测装置,并在该装置上对水中金属离子铅（Pb）进行了检测,随着Pb浓度的增加,Pb元素的发射光谱强度显著增强,Pb浓度在10-80mg·L-1范围内时,其发射信号强度与浓度呈现一定的线性关系。实验考察了放电电流、易电离元素对Pb发射光谱的影响,表明当电流增加到70mA时,Pb元素的信号强度最强,溶液中的易电离元素对Pb元素信号强度产生微弱影响。同时探讨了酸化试剂对Pb发射光谱的影响,发现用HNO3酸化溶液时Pb发射光谱强度最强,而降低pH值可以有效的提高Pb发射光谱强度。研究了等离子体内不同区间的原子发射光谱强度,结果表明金属原子Pb的发射光谱集中在靠近阴极的区域,因此获得了Pb元素的最佳探测位置。计算得到采用便携式光谱仪作为探测系统的水体Pb元素痕量检出限为0.7mg·L-1,相对标准偏差为1.7%,两种实际水样检测回收率分别为95%-106%,表明本方法有较好的准确性。研究结果为进一步开展水体痕量重金属元素液体阴极辉光放电光谱检测提供了方法。

大气压空气辉光放电

重点论述了大气压下辉光放电的研究现状、诊断方法和放电机理,探讨了大气压下空气间隙(>2mm)实现辉光放电的可行性,提出用降低放电电场强度的方法有可能实现大气压下较大空气间隙辉光放电。

大气压氦气辉光放电中正柱区消散特性对时域非线性行为的影响

为研究基于介质阻挡结构产生的大气压辉光放电(atmospheric pressure glow discharge,APGD)正柱区的消散特性与放电时域非线性行为的具体对应关系,借助大气压氦气介质阻挡放电(dielectric barrier discharges,DBD)的一维流体模型,仿真研究了不同外施电压频率下APGD中时域非线性行为的演变过程,并进一步统计、分析了不同状态的放电下,正柱区从产生至消散的时间t_p与外施电压周期T_v的比值t_p/T_v。结果表明,当t_p/T_v处于区间(N,N+0.5)时(N为自然数),放电的倍周期数n1满足n1=2N+1;而当t_p/T_v处于(N+0.5,N+1)时,n1=N+1。此外,随着频率的提升,比值t_p/T_v在相应的范围内不断增长,从而影响了各类放电非线性现象的出现顺序。该研究首次确定了正柱区消散速率与APGD动力学状态的定量关系,并且给出了随频率提升不同动力学状态出现顺序的初步解释,有助于更深入地理解APGD中各种非线性动力学行为产生和演化机制。

大气压介质阻挡辉光放电中放电电流的测量与分析

介质阻挡放电产生的低温等离子体具有广泛的应用前景而成为研究热点。文章利用平行平板介质阻挡放电装置,在流动的氦气中实现了大气压均匀辉光放电,得到了大气压下的均匀等离子体。利用电学方法将放电电流从总电流中分离出来,从而得到了辉光放电的放电电流。通过分析放电电流、外加电压、气隙上电压以及壁电荷电量之间的相互关系,可以研究气体放电过程中壁电荷积累的微观动力学行为。实验结果表明壁电荷主要是在放电电流脉冲持续期间积累的,但电流脉冲结束后,由于气隙电压没有改变极性,壁电荷还会逐渐积累,气隙电压改变极性后,壁电荷量随时间减小。这些结果对壁电荷在介质阻挡辉光放电中作用的深入研究和大气压介质阻挡辉光放电的工业应用具有重要意义。

大气压辉光放电液相沉积装置在表面改性中的应用

用高频高压电源、介质阻挡放电装置及惰性气体氦(He)产生大气压辉光放电等离子体,超声喷嘴喷射雾状液滴直接送入等离子体区域,喷洒在处理物表面上,进行等离子体接枝聚合。应用这套装置对PE纤维进行处理,选择甲基丙烯酸十二氟庚酯DFMA(C11H8F12O2)作为液相单体,对不同处理参数下PE纤维表面的接触角和接枝率变化进行了规律性和原理分析,用IR、SEM和EDS分析了处理前后PE纤维表面的变化。实验结果表明,在PE纤维表面成功引入了疏水性基团,提高了其疏水性。

平板型与同轴型等离子体发生器射频大气压辉光放电特性分析

为了深入理解不同的等离子体发生器几何结构对其放电特性的影响规律,采用一维流体模型对平板型和同轴型两种不同结构等离子体发生器的放电特性进行了数值模拟研究,并对放电图像采用可见光图像处理技术进行了分析。数值模拟结果表明,平板型等离子体发生器所产生的等离子体主要参数(如电子温度和活性粒子浓度等)关于两电极中间平面对称,而同轴型等离子体发生器所产生的等离子体主要参数则呈现出非对称的分布规律,这与放电图像灰度值的空间分布规律定性一致。通过对等离子体中化学反应动力学过程的分析可知,不同结构发生器所对应的等离子体主要参数的空间分布规律依赖于不同电极结构所导致的放电区电场强度的空间分布。

用50Hz工频电压产生大气压下辉光放电

对电阻阻挡放电机理进行了分析并数值模拟了放电过程。在此基础上 ,选择合适材料 (ρεr=(10 9～ 10 1 0 )Ω·cm)作电极阻挡层 ,用工频电压实现了大气压下氦气中均匀辉光放电。

大气压短间隙Ar介质阻挡辉光放电的模拟分析

为了分析短间隙Ar介质阻挡放电(DBD)大气压辉光放电(APGD)的放电机理,建立了一维自洽流体模型,采用有限元法进行计算。得到了气体间隙压降、放电电流密度以及介质表面电荷的演化波形,及放电电流密度峰值时粒子和电场的分布。结果表明,该APGD为容性放电,每半个周期内发生一次击穿放电;表面电荷有着抑制当前放电,降低下一次放电起始电压的作用;依据场强与粒子分布可将放电空间分为阴极位降区、负辉区、正柱区及阳极辉光区,说明该放电为典型的辉光放电。在此基础上分析了材料介电常数ε对放电的影响,表明随着ε的增大,放电电流与表面电荷的幅值也相应增大,击穿时间略有提前。

等离子体表面处理与大气压下的辉光放电

与传统的方法相比,等离子体处理的高效、无毒、节能特性使得它在表面处理和灭菌消毒方面有着很好的应用前景,在上述工业领域,“经典”的大气压放电诸如电晕放电、介质阻挡放电以及电弧放电都不适用。然而,尽管低气压下的辉光放电已得到了很好的发展,大气压下辉光放电的实现还存在一些困难。目前,对大气压下辉光放电物理过程的探索集中在其物理机制、图像捕获以及大气压下空气中辉光放电的实现方面。

大气压空气中同轴介质阻挡放电微放电特性

为了更好的利用和研究介质阻挡放电技术,探讨了研究较少的同轴介质阻挡等离子体反应器的放电特性。因该类反应器2个介质阻挡层结构不一致,导致微放电行为在高频高压电源的正弦波电压的正、负半周内特点不同。研究从其放电的等效电路模型,流注放电击穿机理,以及在大气压空气中的放电实验等方面进行。结果表明,大气压下放电间隙8mm反应器时,放电电流波形在外加电源电压的正负半周期内不对称;分别呈现出明显的“似辉光放电”和“丝状放电”特点,单个微放电电流脉冲宽度约50ns,与外加电源电压极性和频率无关。

大气压射频辉光放电阻抗特性的实验研究

为研究大气压射频辉光放电过程中不同工作气体(氦气和氩气)对发生器等效阻抗的影响,基于等离子体的介电特性,建立了描述等离子体区域的"电阻-电容混联"等效电路模型;通过实验测量放电电压及电流,并基于等效电路模型来计算等离子体在放电过程中的电子数密度,从而得到等离子体发生器的等效阻抗。实验测量了大气压射频辉光放电的放电电压及电流,并基于等效电路模型得到了等离子体发生器的等效阻抗及放电区的电子数密度。实验结果表明:对氦气和氩气放电,在α放电模式下其电阻及电抗的绝对值均随着放电电流的增加而减小,而电子数密度则随放电电流的增大而线性增加;且在相同的放电电流条件下,氩等离子体的电阻和电容都比氦等离子体高。研究结论可作为等离子体在不同工作气体条件下放电阻抗匹配研究的参考。

大气压直流辉光放电装置的实验与分析

为了能减小放电装置的体积,以应用于便携式仪器,设计了线-筒型大气压直流辉光放电装置,放电间隙仅1.92mm。它主要由内线电极、外筒电极组成,线电极直径为0.16mm,筒电极直径为4mm。观察并说明了从电晕放电向辉光放电过渡的过程。通过放电波形和图像验证了其处于辉光放电状态。推导了利用氮气第二正带系计算振动温度和转动温度的算法,并利用光谱仪(Acton Spectrapro 2500i)采集所产生的等离子体的发射光谱,计算得到该等离子体的振动温度在2 360K左右,转动温度在830K左右。将该装置作为离子源应用于敞开式质谱中,实验结果表明,该直流大气压辉光放电形成的等离子体可以很好地离子化甲酸、乙酸、苯酚等物质。

大气压介质阻挡辉光放电等效电容及对放电参数的影响

等效电容是研究大气压介质阻挡放电的基本参数。按定义式计算电容值由于没有考虑杂散电容以及外加电压参数的影响,用于计算介质阻挡放电参数不够准确。丝状放电规则的平行四边形Lissajous图,在一定假设条件下可计算介质阻挡放电的等效电容,但大气压辉光放电是不规则平行四边形。此外,计算放电参数必须用同一电压下的回路电流和等效电容,但是测量回路电流就无法同时测量Lissajous图形。为此,基于大气压氦气介质阻挡辉光放电试验测量的外加电压和回路电流,提出了该外加电压下Lissajous图形的计算方法。基于该图形,提出了大气压辉光放电时等效电容计算方法:简化法和分段法。根据计算结果,研究了等效电容对计算放电参数的影响。研究结果表明,计算法得到的Lissajous图形反映了放电过程;简化法比定义计算法得到的等效电容用于计算放电参数更接近真实放电过程,而分段法可用于探讨放电过程中瞬态等效电容的变化;等效电容对计算放电电压和电流影响很大。

基于气隙伏安特性研究大气压氦气辉光放电的模式和机理

进行了单脉冲和多脉冲辉光放电试验,通过拍摄放电空间的ICCD短时曝光图像,研究了大气压多脉冲辉光放电的模式;通过测量外加电压和回路电流,计算了气隙的放电电压、放电电流、介质表面电荷和气隙放电的伏安特性曲线,探讨了多脉冲辉光放电的物理过程,研究了伏安特性曲线诊断大气压介质阻挡放电模式的可行性。结果表明:外加电压及其造成的放电积聚在介质的表面电荷,使辉光放电具有多脉冲的电流波形,外加电压升高促进放电,表面电荷积累抑制放电,但是起主导作用的是外加电压升高抑制作用不会超过促进作用造成放电熄灭,脉冲之间辉光放电并未熄灭;伏安特性曲线只能诊断多脉冲辉光放电的第一个脉冲的放电模式,即具有正特性时为汤森放电,具有负特性时为辉光放电,对后续脉冲伏安特性曲线不能用来诊断放电模式。

大气压电解液阴极辉光放电发射光谱技术的研究进展及应用

近十多年来,大气压电解液阴极辉光放电系统在原子光谱分析中作为一种新兴的检测工具而备受关注。大气压电解液阴极辉光放电发射光谱技术兼具了光谱测量的稳定性、分析元素选择性和传感器测量方便、简洁性等优点。本文综述了基于等离子体的大气压电解液阴极辉光放电发射光谱技术的机理研究、仪器构建及改进和最新应用研究,并总结了该技术的优势及存在的问题,展望了其应用前景。