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大气压双阳极DBD氩冷等离子体射流特性研究

魏国东  
【摘要】:大气压放电是产生非平衡等离子体的一种重要的方式,而大气压冷离子体射流则是一种新兴的大气压放电技术。此外,由于大气压冷等离子体射流具有温度低、可控性好以及操作简单等优点,使得它在材料表面改性、刻蚀、杀菌消毒以及生物医用等方面有着广阔的应用前景。而等离子体特性的研究是其能够为人们所用的前提,可见等离子体参数诊断的重要性和必要性。 按照放电机制来分,产生等离子体的放电方式有电晕放电、介质阻挡放电以及电弧放电等。相对于其它两种放电机制来说,介质阻挡放电是大气压下产生冷等离子体射流的一种非常实用的方法。本文基于介质阻挡放电结构设计了两种氩冷等离子体射流发生器,同时开展了以下工作: 1.设计了一种全新的大气压双阳级DBD高密度冷等离子体射流源,实验用的工作气体为高纯氩气(99.999%),采用的驱动电源为普通交流电源,且频率固定为38 kHz。针对此种高密度等离子体射流,采用Hβ(486.13 nm)谱线的斯坦克展宽对电子密度进行了测量,测得电子密度的量极为1014 cm-3,还发现电子密度随着电压峰值的增大而增大,随着气流量的增大而减小 2.设计了一种新型的类辉光等离子体发生装置,此装置同样具有双阳级结构,此外还有一个环状地电极,实验采用的工作气体和电源同1中所讲一样。针对此种类辉光等离子体射流,对其进行了全面的电学诊断以及光学诊断。电学诊断方面,测得了放电电压、电流均方根值、放电平均功率。光学诊断方面,通过波尔兹曼作图法求得了电子激发温度、管内气体温度。用光纤温度传感器(FOT-L-SD)对管外的射流进行了温度测量。实验发现,电流均方根值、放电平均功率、电子激发温度以及气体温度随着电压峰峰值的增大而增大,随着氩气流量的增大而减小。采用光化线强度测定管外射流氧活性物种含量时,发现氧活性物种随着电压峰峰值的增大而增大。最后,用此种射流对聚乙烯薄膜进行了表面处理,发现处理后薄膜的静态水接触角明显减小(92.55°到35.55°),这说明,经过这种射流处理后的聚乙烯膜的亲水性明显增强。


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