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大气压大尺度等离子体射流研究

冯岩  
【摘要】: 大气压冷等离子体射流是近年来兴起的一种新的大气压低温等离子体放电技术,是目前国际上等离子体科学与工程领域的研究热点之一,它采用特殊电极结构,利用气流和电场的作用使放电区域产生的等离子体从喷管或孔口中喷出,形成大气压非平衡等离子体射流,其温度低、化学活性高、可控性好、发生装置简单等特点使之在材料表面处理、生物医学、环境工程、等离子体化工等应用领域表现出某些优势。 近年来,随着大气压冷等离子体射流在工业生产及科研领域的广泛应用,等离子体状态对材料加工稳定性和重复可控性的影响引起了人们的广泛重视。因此,如何通过设计和改进等离子体源的结构,从而获得均匀性和稳定性更强、产生活性粒子数量和种类更多、尺度更大的射流源具有重要的研究意义。本文以大气压冷等离子体射流为重点,开展了以下工作: 1.提出了一种新型的单针辅助预电离大气压冷等离子体射流装置,以02/Ar混合气为工作气体,利用单针放电作为预电离,在常压开放空气环境中获得了均匀稳定的冷等离子体射流,具有产生及维持电压低、工作稳定性强、宏观温度低、氧原子浓度高(约为1016 cm-3)等特点,在材料表面油渍处理等方面表现出良好的应用前景,采用该射流来处里表面涂有重油的载玻片,其最大清洗率可以到达0.1mm/s。 2.在以往对一维较大尺度大气压冷等离子体射流斑图的研究基础上,近一步探讨了电源频率、介质管尺度以及气体流量对放电模式和斑图演化的影响,并探讨了这一现象产生的物理机制。结果表明:在自组织斑图阶段,随着频率的增大,放电电流随之增大,放电通道数量也将逐渐增加:介质管尺度是影响自组织斑图放电通道数量的重要因素,介质管尺度越大,则射流在斑图模式下可能出现的放电通道数量就越多。 3.开展了多管阵列化实验,以小尺度毛细管环-板电极大气压冷等离子体射流装置为基本单元,以等边三角形为基本结构,设计了一系列的阵列化组合(如三管阵列,七管阵列以及十三管阵列),能够以氩气为工作气体,在常压开放空气环境产生宏观温度低、均匀性较好、稳定性强、有效面积大的等离子体射流。为今后进一步开展大规模冷等离子体射流阵列研究打下了良好基础。


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