利用液体阻挡介质产生空气中均匀介质阻挡放电的研究

研究了外加电压幅值对均匀介质阻挡放电(DBD)特性的影响,并结合不同外加电压幅值下的发光图像,分析了DBD放电特性的变化情况.利用测量得到的李萨育图形计算得到放电功率P和传输电荷Q,并进一步研究了外加电压幅值和电源频率对P和Q的影响.研究结果表明,采用硅油作为液体阻挡介质的锥-平板电极结构DBD能够在大气压空气中产生均匀放电,P和Q随外加电压幅值和电源频率的增加而非线性增加.     

同轴圆柱结构DBD装置放电功率的模拟计算及实验研究

分析了介质阻挡放电的宏观工作机理,推导了介质阻挡放电功率的计算公式,在电场及等效电容分析的基础上,建立了同轴圆柱结构介质阻挡放电装置放电功率的数学模型。依据该模型对介质阻挡放电功率随输入电压的变化规律进行了模拟计算,并对具体算例进行了实验对比研究,研究结果验证了文中所建立模型的精确性和有效性,为介质阻挡放电类型的低温等离子体反应器的设计提供了理论依据。     

中心电极半径对介质阻挡放电工作特性的影响

为分析中心电极半径对同轴圆柱结构介质阻挡放电工作特性的影响。通过实验研究了不同中心电极半径r对同轴圆柱结构DBD的放电功率P、起始放电电压Us的影响。结果表明,在相同的外加电压U下,当起始放电电压Us较小时,DBD的放电功率P较大,功率升高率较小;起始放电电压Us随中心电极半径r的增加呈现先增加而后减小的趋势。     

介质阻挡电晕放电去除二氧化硫的研究

工频高压下线管结构反应器可能出现局部电晕放电及气隙中稳定阻挡放电。根据V-qLissajous图形计算了放电功率。随外施电压上升,放电由电晕放电进入稳定阻挡放电,放电电流幅值达数mA,放电功率密度为数百mW·cm-3,去除SO2的能量效率可达30g/(kW·h)。实验表明,稳定阻挡放电时,较高的电压及较大的放电空间可提高能量利用率。     

介质阻挡放电和介质阻挡电晕放电的特性比较

研究了平板-平板电极和线-管电极两种电极结构的放电特性,通过测量电压-电流波形图及放电发光图比较了它们的区别,并从放电机理角度对试验结果做出了解释。结果表明,平板-平板电极介质阻挡放电表现为微放电脉冲形式,而线-管电极结构介质阻挡电晕放电由于线电极的电晕效应,使得放电更为稳定。     

介质阻挡放电等离子体发生器的负载特性

为解决介质阻挡放电(DBD)等离子体发生器和电源的匹配问题,设计了DBD等离子体发生器,分析了它的伏安特性和放电功率,验证了临界放电频率对放电伏安特性的影响以及提高放电功率的方法。研究不同频率下功率因数和放电峰值电压的变化关系的结果表明:①高频放电易形成均匀稳定的微放电;②在发生器结构、工作气体属性及电气参数确定的前提下,发生器的最大功率因数及最佳峰值电压随放电频率的不同而发生相应变化。     

沿面型介质阻挡放电的电气特性

沿面型介质阻挡放电在气流控制等方面具有十分广阔的应用前景。本文对其放电机理进行了分析,指出放电过程中在介质板表面积聚的电荷处会形成一虚拟电极,与放电空间其他电荷共同作用,对放电过程产生影响。基于此,建立放电的等效模型,推导了放电功率的计算公式,并与Lis-sajous图形计算的放电功率比较,具有较好的吻合。讨论了外加电压、频率对放电特性的影响:外加频率相同时,随着外加电压的增加,每半周期内传输的放电电荷不断增大,且其变化趋势与功率增长趋势基本一致,呈非线性增加,同时放电面积增大,功率增加;外加电压一定时,放电功率与频率成正比。     

介质球填充对介质阻挡放电装置性能的影响

低温等离子体催化是一种新型的污染物处理技术,将高介电常数的球形催化剂置于介质阻挡放电(DBD)装置放电气隙内,是低温等离子体-催化剂系统的常见类型。为了探讨介质球填充对介质阻挡放电装置工作性能的影响,进行了基于电压-电荷李萨如图形原理的试验研究,结果表明,采用介质球填充介质阻挡放电装置的放电区域,可有效降低起始放电电压,增加放电功率,导致上述试验结果的原因,在于介质球填充介质阻挡放电装置后,介质阻挡放电装置的气隙区域会产生场强增强现象。     

沿面/体介质阻挡放电装置的放电及臭氧生成特性

相对于体介质阻挡放电(VDBD),沿面介质阻挡放电(SDBD)等离子体可以更高效地生成反应活性物质,在气体处理方面显示了较高的效率。但沿面放电仅沿介质表面发展,限制了放电等离子体装置处理气体的能力。文中设计了一种新型的沿面/体复合DBD装置,通过在垂直于沿面放电高压电极的上部增加体放电电极,用于扩展等离子体的空间分布并提高活性物质的产量,研究了电极构型、放电气隙、放电电压及气体体积流量等对装置的放电特性及臭氧生成的影响。在空气间隙为4.5mm,外加电压幅值为16kV时,SDBD放电功率为11.2W,VDBD放电功率为4.6 W,复合装置的放电功率为19.7 W;分别测量复合装置中的沿面放电和体放电功率发现,复合装置的沿面放电功较单一沿面放电装置的放电功率提高了1.1倍,而复合装置的体放电功率较单一体放电功率提高了1.9倍。臭氧测试结果表明,复合装置生成的臭氧质量浓度可达3.0 mg/L,分别是SDBD和VDBD的3.8倍和5.0倍。     

基于印刷电路板的沿面型介质阻挡放电特性

沿面型介质阻挡放电(surface dielectric barrier discharge,SDBD)产生大气压低温等离子体技术在生物医学等多个领域具有广泛的应用前景。为此,设计了一种基于印刷电路板(printed circuit board,PCB)制作工艺的SDBD装置,研究了其在正弦交流电压驱动下的放电均匀性、放电模式及形态、放电功率、等离子体发射光谱等光电特性。研究结果表明:随着外施电压幅值和频率的升高,SDBD放电强度与均匀性相应增加,当电压幅值>5.2 kV时可实现宏观上稳定的均匀放电。表面放电由网状电极边沿、介质板与空气三结合点处的收缩状放电向网格内部发展为弥散状放电,外施电压正半周期内的放电强度大于负半周期,这主要是由正负放电中阻挡介质表面电荷对沿面电场抑制作用的差异造成。当SDBD施加的电压幅值在5.0～6.2 kV范围内变化时,由于电场强度和粒子间碰撞频率的增加,使得放电空间注入能量、高能电子数量以及粒子动能均增加,放电程度变强,从而使SDBD放电功率、等离子体发射光谱谱线相对强度、氮分子振动与转动温度均随着电压幅值的增加出现不同程度的升高。     

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。     

空气条件下介质阻挡放电影响因素的研究

为了解决低气压等离子体用于工业生产时存在真空系统昂贵和难以实现试品的批量处理等缺点,采用环氧树脂和聚四氟乙烯(PTFE)作为介质阻挡放电(DBD)的阻挡介质,探讨了在不同放电间距d(2-5 mm)、气压p(10-100 kPa)和外施电压U下的放电特性。结果表明,PTFE为阻挡介质,d≤3 mm时,在大气压下可利用DBD的形式产生辉光放电,当d>4 mm时,则不能得到稳定的DBD;在不同气压下,DBD稳定放电对应的电压区间范围在d为3 mm时最大;次大气压下辉光放电的特征较大气压下更明显,辉光放电更易获得,稳定放电的电压区间也更大。     

介质阻隔面放电的结构参数

为提高介质阻隔面放电激励器的流动控制效果,采用漂移-扩散模型对9种电极结构的放电过程进行了数值计算,得到了随时间变化的放电空间电子数密度、电场、电极电流以及离子静电力,探索了等离子体放电的作用机理,研究了暴露电极、植入电极的宽度以及两个电极之间的间隙宽度对放电过程和放电效果的影响。结果表明,放电过程可能存在非线性作用,缩短暴露电极宽度、减小电极间隙能够提高放电效果,但电极最好不要重叠,电极间隙有一个最佳值;植入电极宽度存在最大值,超过该值会降低放电效果。计算结果与实验结果基本相符。     

空气中介质阻挡大气压辉光放电特性的研究

采用筛网电极和聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)薄膜作为阻挡介质的介质阻挡放电(DBD)结构在空气中产生大气压辉光放电(APGD)。通过测量空气中APGD的电气特性和发光强度空间的分布特性,比较了它们与丝状DBD的区别: 通过研究APGD的放电特性,分析了空气中APGD的放电机理。实验结果与分析表明,采用该电极结构可以在空气中产生APGD,空气中APGD的放电特性与丝状DBD具有明显的区别,筛网电极起到了在气隙击穿前产生电晕放电对驻极体阻挡介质充电的作用。     

用于材料表面处理的空气中的均匀介质阻挡放电

为解决针对大气压下气体中尤其是空气中的介质阻挡放电为大量的细丝状放电组成造成的一些材料表面处理效果不均匀甚至在表面形成烧灼的小洞的问题,以及用介质阻挡放电的形式实现大气压下空气中的辉光放电非常困难,大大地限制了这种方法在工业领域的应用的状况,提出了一种能获得均匀介质阻挡放电的新方法。这种均匀放电的特性介于丝状放电和辉光放电之间,可用于织物和无纺布的表面处理,有效改善其可湿性。虽然其电特性与平行平板介质阻挡放电相似,但放电更加柔和,不会对试样造成破坏。它采用圆柱—平板电极结构,其中高压电极为内填金属粉末的介质管,接地电极为介质平板。与平行平板介质阻挡放电或金属圆柱—平板介质阻挡放电相比,这种结构放电的电流和温度分布都更为均匀。实验证明,这种放电可改善无纺布的可湿性而不会造成任何破坏,是一种很好的可用于对织物和无纺布进行表面处理的方法。     

介质阻挡放电和介质阻挡电晕放电的特性比较

研究了平板-平板电极和线-管电极两种电极结构的放电特性,通过测量电压-电流波形图及放电发光图比较了它们的区别,并从放电机理角度对试验结果做出了解释。结果表明,平板-平板电极介质阻挡放电表现为微放电脉冲形式,而线-管电极结构介质阻挡电晕放电由于线电极的电晕效应,使得放电更为稳定。     

利用介质阻挡放电处理提高太阳能电池板背膜表面能

提高太阳能电池板背膜材料的表面能可以对太阳能电池板进行更好的封装,从而对生产出高性能、长寿命的太阳能电池板具有重要意义。为此,用空气中介质阻挡放电(DBD)产生的常压低温等离子体对太阳能电池板背膜材料进行表面改性,通过接触角测量仪测量了DBD改性前后背膜表面亲水性和表面能的变化,通过扫描电子显微镜(SEM)和全反射傅立叶红外光谱仪(ATR-FTIR)分析了改性前后背膜表面物理结构和化学成分的变化,并研究了处理后材料的退化效应及功率密度的影响。接触角测量结果表明,经过DBD等离子体处理后,背膜材料的表面能提高,亲水性增强,接触角和表面能均在一定处理时间达到饱和值;SEM观测发现,处理后背膜表面的粗糙度增大;FTIR分析表明,处理后的背膜表面的化学基团发生变化,引入了含氧极性基团。处理后的材料在空气中放置时会出现退化效应,但即使放置6 d后材料表面水接触角仍远低于处理前的值。增大DBD处理的功率密度,利用更少的处理时间就能得到同样的处理效果。     

微间隙大气压空气介质阻挡放电模式的转化

大气压空气中介质阻挡均匀放电产生的等离子体在工业领域具有广阔的应用前景。为研究这种放电的产生条件及机理,利用微间隙介质阻挡放电装置,通过测量放电参数和发射光谱,研究了放电模式的转化过程。结果表明:低电压时电流波形每半个周期存在若干个脉冲宽度很小的脉冲,为微放电丝模式;随着电压增加,电流每半个周期出现了一个宽度较大(约5.5μs)强度较强的脉冲,该较宽电流脉冲上随机叠加了宽度小(约100 ns)强度弱的小脉冲;外加电压峰值达到9.2 kV时,电流波形只存在该较宽放电脉冲,为均匀放电模式。放电发射光谱的研究表明:外加电压增加时谱线强度比降低,即高能电子比例减小。这说明随外加电压增加,微气隙中的放电电场强度是降低的。