大气压射频单介质阻挡放电中放电通道收缩现象的研究

大气压射频辉光放电产生的等离子体具有温和的温度、较好的稳定性和较强的化学活性而广泛应用于工业生产、生物处理等领域。为提高工作效率、增加放电均匀性,应避免产生放电收缩现象。为此,设计了一个带水冷铜电极的射频单介质阻挡放电系统,在大气压下研究氮气和氩气放电收缩形成的机制。纳秒级ICCD相机拍摄的放电图像揭示出在大气压下氮气和氩气放电中明显存在放电通道收缩现象,在放电周期内放电通道形状保持不变,但在不同位置的发光强度随射频电源的频率作周期性变化。通过分析放电图像的三维时空分辨图和二维时间分辨图,发现上下电极表面附近的发光强度在一个射频周期内交替出现一个峰,但峰出现时间上为非对称。这不同于射频裸电极放电,也不同于射频双介质阻挡放电。分析认为发光强度峰在一个射频周期内交替出现的时间非对称性是由于非对称电极表面电荷积累和二次电子发射差异造成。     

从Ⅰ-Ⅴ曲线判断大气压射频介质阻挡放电模式

实验以氩气和氩气掺杂氮气作为放电气体,在大气压条件下使用13.56 MHz射频电源进行双介质以及单介质阻挡放电。实验记录了气体击穿后随电源功率增大的Ⅰ-Ⅴ曲线,同时使用ICCD照相机以及单反相机给出了相应的放电照片。研究发现氩气双介质放电在电源最大功率内均为均匀辉光放电,并且可以从Ⅰ-Ⅴ曲线明显判断出放电从α模式到γ模式的转变。在氩气单介质放电以及氩气掺杂氮气的双介质和单介质放电中,均出现了丝状放电,在放电模式的转变过程中Ⅰ-Ⅴ曲线均呈现出明显的不同特点。本文分析认为,从Ⅰ-Ⅴ曲线基本可以判断出大气压介质阻挡放电从α模式到γ模式的转变以及是否存在丝状放电。     

He/Ar混合气体空心阴极放电特性的模拟研究

为了进一步揭示He/Ar混合气体中空心阴极放电机理,利用流体模型模拟研究了He/Ar混合气体环境下空心阴极放电的放电特性,模拟得到了电势、电子密度、He~+和Ar~+密度、电场强度的分布特性。本文特别对He/Ar混合气体环境下中He和Ar对新电子的产生机理,即不同类型电离速率以及电压对电离机制的影响进行了研究。结果表明:整个放电区域分为阴极位降区和负辉区。阴极位降区内存在很强的径向电场,较高的离子和电子密度差,高电子平均能量。负辉区电场强度和平均电子能量很低,电子和离子密度峰值位于负辉区。氩气的加入大大促进了放电的进行。虽然Ar原子所占比重只有5%,但是氩气在放电过程中起着和氦气同等重要的作用。Ar的离子和亚稳态原子密度均高于He的离子和亚稳态原子密度,同时,Ar~+对二次电子发射影响要高于He~+。随着电压的升高,电子和离子密度升高,阴极位降区径向电场强度和平均电子能量增加,负辉区内径向电场和电子平均能量降低,电离速率增高。氩气所参与的电离速率比重略微增加,分步电离所占总的电离速率比重出现明显增加。     

介质阻挡稳态丝状放电数值模拟

本文采用流体模型对纯Ne介质阻挡放电(DBD)中的丝状放电现象进行了研究.通过模拟获得了放电过程中电流、带电粒子等物理参数的时间空间分布及丝状放电的形成.结果表明,在pd值较低及方波驱动电压条件下,初始均匀的DBD中将逐渐形成多个稳定的丝状放电通道,而且所有通道的丝状放电同时进行,形成单个放电电流脉冲.同时模拟结果表明,在辉光放电范围内,升高pd值,丝状放电的数量将减少.     

低气压下占空比对细长管空心阴极辉光放电电流的影响

为了在细长管内壁获得性能良好质地均匀的膜层,本文在低气压条件下、采用细长管作真空阴极进行空心阴极辉光等离子体放电.通过研究对多种气氛(纯Ar、纯N2、氮气氩气混合)下平均电流、电流峰值的实时测量对比了不同脉冲占空比条件下等离子体放电流,讨论和分析了多气氛下改变占空比所带来的影响.实验结果显示使用频率为40 kHz的脉冲...     

大气压氦气射频介质阻挡辉光放电的均匀性研究

为了研究大气压射频介质阻挡辉光放电的时空特性,采用一个表面覆盖有石英介质的铜电极和一个自制水电极的放电系统,在氦气中获得了大面积和较大电极间距下的辉光放电。对ICCD高速相机拍摄的径向放电图像和轴向放电图像分析揭示了射频介质阻挡辉光放电不仅具有较好的径向均匀性,而且具有很好的轴向均匀性,并不存在沿径向的发展。这是不同于中频介质阻挡辉光放电的一个显著特征。此外,注意到射频介质阻挡辉光放电在径向和轴向上的发展均与射频周期有很强的关联性。分析认为这是由于空间电荷在射频介质阻挡辉光放电的形成和发展中发挥主导作用。因此,可以认为射频介质阻挡辉光放电所具备非常好的径向和轴向均匀性,与中频介质阻挡辉光放电相比,可能会更有利于工业生产中进行均匀薄膜沉积和对薄膜表面改性处理等。     

大气压射频均匀辉光放电的条件

大气压放电应用在很多领域时,其放电的均匀性显得十分重要。本文通过实验得出影响大气压射频放电的均匀性的条件。实验中研究的影响因素有介质阻挡、放电电压、放电气体组成以及放电间隙。实验采用单反照相机以及ICCD照相机对放电进行拍照,观察不同参数放电下的放电模式。通过放电现象发现对维持大面积均匀辉光放电影响最大的因素是采用介质阻挡和放电气体的组成,影响较小的是放电电压。放电间隙在可维持放电的间隙范围内对放电模式影响很小。实验得出,改变这些条件会使均匀辉光放电中出现放电丝,或完全转变为丝状放电甚至熄灭。     

双辉渗金属放电效应及电极结构设计原理

介绍了双层辉光离子渗金属技术的基本原理和技术特点,源极、阴极及辅助阴极设计的基本原则,离子渗金属的两种放电模式及其产生的效应,总结了渗金属电极几何结构设计原理.双层辉光离子渗金属技术主要有3个技术特点:固体材料的阴极溅射、形成有利溅射和扩散的高温条件和增加等离子放电的空心阴极效应.其放电模式为:独立放电模式和空心阴极放电模式.源极和阴极设计原则依据双层辉光离子渗金属的特点和放电模式,为"仿形"原则.     

常压辉光放电等离子体制备荧光碳纳米粒子

采用常压辉光放电等离子体制备了超细荧光碳纳米粒子。分别采用聚乙二醇(PEG)2000和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)20000作为表面活性剂和表面修饰剂,利用辉光放电等离子体射流产生的大量高能电子等活性粒子分解乙醇溶液制备碳纳米粒子。采用透射电子显微镜和荧光分光光度计对生成物的形貌和荧光特性进行了检测。结果表明,生成物为石墨相的荧光碳纳米颗粒。随着反应时间的延长,生成物的荧光强度增强;采用PEG-2000修饰后产物的荧光强度比采用PVP-20000更强;丝状放电模式下生成物的荧光强度高于辉光放电模式。制备的碳纳米颗粒的荧光量子产率为46.58%。     

辉光放电气相沉积氮化钛薄膜

本文叙述了辉光放电气相沉积氮化钛薄膜的工艺。它具有物理气相沉积与化学气相沉积的综合特点。在此工艺中,辉光放电作为化学反应和沉积的介质,通过等离子体的激活作用,可在低气压下直流辉光放电的工件(阴极)表面上获得化合物薄膜。已在工艺实验中,工件表面上沉积了致密的氮化钛涂层。此工艺的沉积温度低、沉积速率较高。     

介质阻挡放电照相机理的研究

讨论了介质阻挡放电照相的物理过程,并建立了相应数学模型。在此基础上得出了介质阻挡放电照相的衬度曲线,以此探讨了介质阻挡放电照相的机理,并用实验对此进行了验证。论文工作是对Kirlianphotography和coronadischargephotography的完善和发展。     

高压纳秒放电脉冲参量的计算

根据等效放电回路、火花电阻公式以及巴邢定律，推导出了高压纳秒脉冲参量（脉冲幅值、半高宽）与储能电容、放电管管内气压以及管内电极间距之间关系的解析式。公式与实验能较好地吻合。     

容性耦合等离子体腔室放电特性仿真研究

容性耦合等离子体射频放电广泛应用于IC制造中的薄膜沉积、刻蚀工艺中,等离子体中的电子密度和平均电子温度直接影响离化及激发反应速率,其在放电腔室中径向分布的均匀性严重影响刻蚀和薄膜沉积的均匀性。以某12寸腔体为研究对象,采用Comsol软件仿真研究了功率电极电压、腔室气压和极板间距对等离子体的电子密度和平均电子温度的影响规律。仿真研究发现:在研究的气压、电压、极板间距范围内,电子密度和平均电子温度随电压的增加而增加,其均匀性随电压的增加而变差;电子密度随气压的增加而增加,平均电子温度随气压的增加而降低,电子密度的均匀性随气压的增加而改善,电子温度的均匀性随气压的增加先变差再变好;电子密度随极板间距的增加而增加,平均电子温度随极板的增加而降低,电子密度和平均电子温度的均匀性随极板间距的增加而变好。研究结果对指导等离子体参与的IC工艺腔室结构设计及工艺控制具有重要意义。     

无声放电等离子体的光谱诊断

无声放电是一种非平衡态的、非稳定的和不均匀的放电 ,它被称作等离子体也是从时间平均的角度来考虑的。对这种非稳定的等离子体一直缺少一种有效的诊断手段。通过理论分析和实验提出用探针 光谱诊断技术测量无声放电等离子体的电子温度。气体放电中的光发射谱线是与等离子体的电子温度有关的。在直流放电的条件下 ,电子温度可通过朗谬尔探针的方法获得。如果能在同一放电系统中比较无声放电与直流放电的光谱数据 ,而直流放电的电子温度已知 ,则可以从比较当中得出无声放电电子温度的信息。本文通过这一方法给出了一个实验无声放电系统的电子温度与气体压强的关系。     

三轴激光陀螺放电状态监控

对三轴激光陀螺的结构及串扰现象作了简要介绍,提出了放电状态监控电路的必要性.基于所设计的高压稳流电源电路,提出在高压电源每一稳流支路加入一路模拟开关,来控制稳流和状态监控的时序,从而通过监测采样电阻的端电压来实现放电状态的监控,并详细阐述了三轴放电状态监控电路的软硬件实现.最后对电路进行了实验测试,三轴激光陀螺在5s内的点燃率达到100%,电流的长期稳定度优于1×10-4,验证了状态监控电路的可行性和可靠性.     

接地电极转动对电极不对称介质阻挡放电的影响

本文的目的是确定接地电极转动对介质阻挡放电的影响.采用不对称电极结构来降低外加的工作电压.实验的结果表明:接地电极静止或转动介质阻挡放电将呈现不同的放电形式和电流波形.文中对其原因进行了讨论.     

介质阻挡放电特性的仿真与实验研究

基于用电压控制电流源（CCS）模拟微放电过程的DBD等效电路模型,建立了DBD的动态仿真模型来对空气中平板电极结构DBD的放电过程进行仿真,计算得到了放电的电压、电流波形及Lissajous图形。同时建立了相应的实验装置对DBD进行实验研究,并将仿真与实测所得到的结果进行比较和分析。结果表明,仿真结果与实验结果是一致的,说明本文建立的模型能真实反映DBD的放电情况,可以用来辅助研究DBD的放电特性和优化DBD等离子反应器设计。     

基于交流放电的UPS电源蓄电池性能测试方法研究

蓄电池性能测试常用直流放电测试方法,所采用的直流放电测试负载对蓄电池的配置数量有一定要求,因而缺乏通用性。利用UPS电源输出交流电的特性,提出了基于交流放电的UPS电源蓄电池性能测试方法。通过详细分析该方法的原理并进行试验,结果表明,该方法适用于不同蓄电池配置情况下的UPS电源蓄电池性能测试,具有较好的经济性和通用性。     

灰库卸料设备层的工艺设计

为了解决火电厂灰库卸料层设备布置困难的问题,根据卸料层设备布置的基本原则,提出一种新的卸料设备的布置方式,即保持3个卸料设备的出料口布置在同一条直线的基础上,将干灰散装机仍布置在每座灰库的中心线上,将2台湿式搅拌机均与灰库中心线成45°夹角布置。实际运行效果表明,新的工艺布置方式使灰库卸料层设备布置更简化、可行。     

Simulation of a DC Discharge in a Transverse Supersonic Gas Flow

This study is devoted to the investigation of a dc discharge in a transverse gas flow. It is shown that the discharge may exist in several forms depending on the gas flow velocity. The standard stationary discharge similar to a discharge in still gas is realized if the displacement rate of the plasma boundary exceeds the gas flow velocity. The displacement rate of the plasma boundary in a diffusion model is defined by the relation V _f = 2 , where D _a is the ambipolar diffusion coefficient, and _i is the frontal ionization frequency. Otherwise, the discharge assumes the form of two plasma wakes formed by the cathode and anode, respectively. The surface of the plasma wakes is oriented at an angle to the flow velocity C _s (sin = V _f /C _s ). If sin is smaller than the ratio of the discharge sustaining voltage in the stationary regime U _st to the breakdown voltage U _bk , the discharge transforms into the pulse–periodic form, when the formation of a structure of the cathode and anode plasma wakes is interrupted by a new gas breakdown. A numerical simulation of the discharge properties is performed. The numerical simulation results are compared to the experimental ones.