常压脉冲辅助射频放电起辉过程的研究

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常压等离子体射流相比于其它等离子体放电形式(电晕和火花放电),有节能环保、放电装置简易、化学活性强、等离子体温度低等优点,在医学、生物和材料都有广泛的应用,是目前低温常压等离子体研究领域的热点之一。常压等离子体射流的激发频率通常集中在KHz和MHz的范围。激发频率在KHz范围的常压介质阻挡放电(DBD)或者高压脉冲放电拥有放电较易起辉,气相温度较低等优点,但其较低的等离子体密度限制了其应用中的效率,激发频率MHz的范围常压射频放电的等离子体密度较高,但其放电起辉难,气相温度高的问题也不利于工业应用。所以目前常压等离子体射流仍存在着提高等离子体密度和降低气相温度的矛盾难以解决。  本文采用新型的组合电极结构产生常压等离子体射流,首先采用高压正弦波产生的交流放电来辅助射频放电,在两个相邻的射频脉冲之间,引入一个微秒级的交流放电脉冲,通过采集交流辅助射频放电的电流-电压曲线和时间分辨的放电图像,研究放电的电学特性和时间空间分布。结果表明,在引入的交流放电之后,射频等离子体射流起辉电压显著降低,说明交流放电产生的电子、离子和各种活性粒子帮助了射频放电的起辉,可在较低功率下获得的稳定的常压射频等离子体射流。  为了进一步的研究KHz的放电脉冲与射频放电的时间间隔对于射频放电的影响,本文采用气体击穿效率更高,放电产生时间更易控制的直流脉冲放电来辅助射频放电,在两个相邻的射频脉冲之间引入脉宽为1μs的直流脉冲,通过采集直流脉冲辅助射频放电的电流-电压曲线和时间分辨的放电图像,研究放电的电学特性和时间空间分布。发现在引入直流脉冲之后,常压射频等离子体射流的起辉电压显著降低,再次验证了直流脉冲放电产生的电子、离子和各种活性粒子辅助了射频放电的起辉,而且发现直流脉冲和射频脉冲的时间间隔越短,射频放电的起辉电压越低。最后通过时间分辨光谱和COMSOL模拟的结果,比较射频放电和直流脉冲辅助射频放电在706nm处的光谱强度和电子密度,发现引入直流脉冲之后,射频放电的等离子体密度同样有显著提高,为常压射频射流放电在工业连续化的应用提供了技术支持。
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