大气压空气介质阻挡汤森放电

为了实验研究大气压空气介质阻挡均匀放电的可能性,使用1.5mm以上厚度的Al2O3陶瓷片作为阻挡介质及1～2kHz的高压激励,在大气压3mm空气平板间隙中获得均匀放电。通过ICCD高速摄影得到的放电图像以及电流波形的分析表明这种放电是汤森放电。3mm空气间隙的稳态击穿电压仅约为5.7kV,远低于静态击穿电压11.2kV;还发现了类似氮气DBD汤森放电的"反常熄灭"现象,这两个现象表明陶瓷表面可能存在浅位阱及二次电子发射机制,这对空气汤森放电的起始和维持阶段都至关重要。另外,实验发现陶瓷厚度对空气DBD有重要影响,使用厚度<1.5mm的陶瓷片往往无法避免丝状放电。使用2片厚度各1mm的石英玻璃替代陶瓷片在670Pa～0.1MPa都无法获得均匀放电。上述3mm空气汤森放电的原因归结于陶瓷表面独特的"浅位阱"特性以及阻挡介质限流作用的共同效果。

热刺激电流测量装置及其用于介质阻挡均匀放电的研究

大气压氮气和空气介质阻挡均匀放电属于Townsend放电,并且以一种反常的方式熄灭,即放电在气隙电压上升过程中熄灭。为了实验研究阻挡介质材料表面"浅位阱"(能级<1 e V)对大气压均匀放电的影响,探究"反常熄灭"现象的机理,研制了一套热刺激电流测量装置,可施加最高25 kV直流电压,电流测量精度达0.1 p A,具有良好的抗干扰能力和重复性。测量陶瓷和石英玻璃的热刺激电流曲线,发现2种材料表面均存在一定数量的"浅位阱"。陶瓷浅位阱能级0.37 e V,石英玻璃为0.63 e V,陶瓷浅位阱能级更低,更易被轰击成为种子电子;陶瓷陷阱电荷量315.3 n C,石英玻璃为20.7 n C,陶瓷表面浅位阱数量远远多于石英玻璃。这与陶瓷材料能够实现大气压均匀介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)但石英玻璃只是细丝放电的实验现象一致。证实材料表面浅位阱能够为放电提供种子电子,且数量越多越有利于实现大气压均匀DBD。