非对称DBD放电空间结构识别及丙纶改性研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lcc2451
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介质阻挡放电(DBD)能在常温常压下生成稳定的低温等离子体,当前已被大量应用于臭氧产生、材料表面处理、气体流动控制等诸多领域。在常温常压下DBD放电大多以丝状放电为主,而在材料表面改性等领域往往要求放电空间具有较高的均匀性。  本研究主要内容包括:⑴利用ICCD高速摄像技术结合电气参数测量手段对不同气体介质下非对称针—平板DBD的放电空间结构进行研究。发现在大气压条件下,气隙距离为12mm时,针—平板DBD在不同的气体介质中会存在不同的放电空间结构,当气体介质为氩气,放电电压为4kV时,放电电压的正半周期表现为丝状放电结构,在电压的负半周期放电通道呈现为分层结构,为类辉光放电形式;当气体介质为氮气,放电电压为12kV时,放电为电晕放电形式,仅针电极附近存在发光亮点。当放电电压升高到15kV,放电电压的正、负半周期会呈现不同的放电空间结构,正半周期为丝状放电结构,负半周期呈现类辉光分层空间结构。在空气条件下,放电电压为12kV时,存在和氮气条件下相似的电晕放电,而当放电电压为15kV时,在整个周期只表现出丝状放电空间结构。⑵提出利用图像处理技术中常用的灰度直方图(GLH)、傅里叶能量谱(FES)对筛网—平板DBD进行放电空间结构识别研究,并运用表示图像灰度u(x,y)离散程度的CV值对放电空间的均匀度进行定量评价。实验过程中发现在空气、氮气条件下,筛网—平板DBD放电空间会出现周期性放电结构向丝状放电结构的转变。周期性放电的灰度频率分布图呈类单高斯分布,但存在一个频率极大的异常灰度值,傅里叶能量谱表现为具有一定空间周期的规则结构。当放电电压增高到15kV时,丝状通道会发生相互融合,呈现丝状放电空间结构。灰度频率分布为混合高斯分布,傅里叶能量谱图像谱图中心区域则变为具有一定面积的椭圆形。在氩气条件下时,只要放电发生,其放电图像的灰度频率分布为混合高斯分布,傅里叶能量谱图像为具有一定面积的椭圆形。以上实验结果说明,在氮气、空气氛围中筛网—平板DBD放电过程中会发生放电空间结构的变化。本文进一步对筛网电极DBD的放电结构进行了优化研究,实验发现当筛网电极的网孔(L)足够小时,其放电图像的CV值可能会小于相同电极面积的平板DBD结构,即前者的放电空间的均匀性优于后者,这也为筛网电极在等离子表面改性中的应用提供了理论依据。⑶选择合适的筛网尺寸(L=0.26mm),利用筛网电极DBD对丙纶样品进行了表面处理。实验表明经等离子体处理后的丙纶,其表面水接触角明显降低,可染性也得到了较大的提高。通过扫描电镜对其进行表面观察可知,处理过后的样品表面出现了等离子体刻蚀现象,表面粗糙度显著增加,从而提高了其亲水性。利用傅里叶红外光谱仪对处理过后的丙纶表面进行化学分析,发现其表面引入了大量的亲水性基团,如:N—H、—OH等。但其表面亲水性时效性较差,在空气中暴露数天后,亲水性基团吸收峰峰值会下降,同时表面亲水性也出现了明显下降。
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