纳秒脉冲介质阻挡放电特性研究

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介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)是产生低温等离子体的一种方法,已被广泛应用于臭氧生产、等离子体显示、材料处理、环境保护、真空紫外光源等领域。目前多数DBD采用交流源激励,随着脉冲功率技术发展,纳秒脉冲放电技术也被用于产生DBD,开展纳秒脉冲DBD特性研究对完善低温等离子体技术具有实际意义。   本文采用基于半导体断路开关的正极性纳秒脉冲电源,建立了可进行长时间、重复工作的试验装置及测量系统,设计了触发控制器的电源自动关停保护,并编写了一套DBD特性参数计算软件用于简化和规范试验结果处理。   本文对气隙距离、介质厚度、介质类型、阻挡方式、脉冲频率等参数对DBD电气特性和图像特征的影响进行了试验研究。结果表明纳秒脉冲DBD的电流、功率等参数均高出交流DBD几个数量级;随气隙距离或介质厚度增大,气隙各放电参数都呈减弱趋势,并由均匀放电逐渐过渡到明显丝状;单极性纳秒脉冲下会发生两次放电,其中第一次放电发生在施加脉冲电压的上升沿,且如果阻挡介质的介电常数较大,则气隙电压、第一次放电电流和功率都大,第二次放电发生在施加脉冲的下降沿,且放电特性还与介质种类有关;当气隙距离较小且双极阻挡时放电图像较为均匀,而仅单极阻挡时容易呈明显丝状放电;电气特性和图像特征之间存在一定联系,电流波动越小,放电图像越均匀;和交流DBD不同,纳秒脉冲是短时作用,与微放电持续时间相当,纳秒脉冲作用下是过电压击穿,能产生较高的初始场强,则放电电流和瞬时功率峰值更高。   基于单极性纳秒脉冲DBD开展了PET薄膜改性初步研究,通过接触角测量、AFM观察和XPS分析等测试手段研究了均匀和丝状DBD两种条件下PET薄膜改性前后的表面特性。结果表明处理后的PET膜表面水接触角明显减小,表面粗糙度增加,亲水性含氧基团被引入,从而改善了材料表面亲水性,比交流DBD改性效果更好,而且在纳秒脉冲下的均匀放电比丝状放电处理效果好。
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