大气压PET阻挡放电模式实验研究
发布时间：2021-08-24 15:43
千赫兹大气压介质阻挡放电不需要昂贵的真空系统且能在较低的温度下产生活性物种,在材料表面改性、工业臭氧产生、CO激光激发等领域有重要应用。活性物种的产生与放电模式密切相关。已有的放电模式研究主要集中于三氧化二铝介质下惰性气体及它们混合气体的放电,对PET介质氦/氩混合气体放电模式的研究较少。针对PET介质氦/氩混合气体放电模式,本论文开展了以下研究:首先研究了电极电压对PET介质纯氦气、纯氩气和1:1氦/氩混合气体放电特性的影响,研究发现:（1）PET介质阻挡纯氦气或纯氩气放电在大气压下都能实现辉光放电,不同的是氦气放电在不同的电极电压下是均匀地充满电极间隙放电,而氩气放电在低电极电压下呈现孤立的、局部均匀的辉光（斑图）放电特征,随着电极电压的增加,氩气放电由孤立的、局部均匀的斑图放电发展成连续的、充满整个电极间隙的均匀辉光放电;（2）在氦/氩气体流量比固定为1:1时,随电极电压的增加,氦/氩混合气体放电经历了均匀辉光、辉光-斑图共存、斑图、再次辉光-斑图共存和均匀辉光的转化,对应的电极电压分别是1.46、1.64、1.82和1.92kV。最后研究了氩气在氦/氩混合气体中占比对放电模式的...
【文章来源】：辽宁师范大学辽宁省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型介质阻挡放电装置示意图[34]
辽宁师范大学硕士研究生学位论文-9-图1.1典型介质阻挡放电装置示意图[34]图1.2常见介质阻挡放电装置示意图[23]Fig.1.1SketchmapoftypicalDBDdevice[34]Fig.1.2SketchmapofcommonDBDdevice[23]1.2.2大气压介质阻挡放电研究概况1987年，日本人Kanazawa[25]在大气压条件下利用介质阻挡结构得到了均匀氦气放电（被称为大气压辉光放电AtmosphericPressureGlowDischarge,APGD)，利用介质阻挡大气压放电实现大气压均匀放电变得可行。从此，利用各种激励电源实现大气压DBD均匀放电成为人们研究的热点问题。传统的激励电源有低频（30Hz-300kHz）高压电源、射频（300kHz-300GHzRadiofrequencyRF）高压交流电源和高压脉冲电源等。本文将要开展的工作与低频（30Hz-300kHz）DBD物理密切相关，因此将在本文的1.3节对低频DBD的研究进展进行详细的介绍。当电极电压频率增加到射频较低频段（300kHz-300MHz，一般频率为13.56MHz时），由于上次放电产生的电子被快速交变的电场约束在电极间隙中，导致RFDBD放电的击穿电压和维持电压较低[35]。RFDBD也可避免直流、低频激励中高电压流注击穿产生的不均匀性。因此，近十几年来RFDBD成为大气压放电研究的热点，许多课题小组都对RFDBD的放电模式进行了研究[35-42]。石建军等人[35-36,43]通过实验证明当电极表面被绝缘介质覆盖时可以提高射频APGD的均匀性，绝缘介质层可以提高辉光放电的工作电流。朱强等人[44]通过RFDBD实验在大气压氦/氮混合气体中获得了稳定的六边形斑图，且斑图面积随功率的增加可扩大到整个电极。气流通过两个同心电极之间，当电极电压高于阈值电压时产生的等离子体被气流吹出电极，形成等离子体射流，但在功率过高的情况下放电易转变为电弧放电[45]，Dan.Bee等人[46]发现采用RFDBD可以有效抑制辉光放
大气压PET阻挡放电模式实验研究-10-当RFDBD由α模式转成γ模式时，会导致电压下降、气体温度上升等不稳定情况。石建军等人[37,42]通过实验证明了加入绝缘介质的射频APGD可以使放电从α模式平稳的转化到γ模式。Raizer等人[47]发现RFDBD可以增大α放电模式的范围。图1.3RFAPGD在α模式(a)和γ模式(b)下的放电照片[39]Fig.1.3PhotographsofRFAPGDoperatedinαmode(a)andγmode(b)[39]进一步增加电极电压频率到射频较高频段（300MHz-300GHz），利用此波段产生的大气压放电叫做微波大气压放电。MWAPD放电是一种无极放电,和低频放电相比，MWDBD具有高电离度和强化学性等优点，受到国内外科学工作者的高度重视[48]。许多研究人员利用微波电子回旋共振对聚合物进行表面改性时发现这种方法容易损伤基质，且工作周期长，需要在真空系统中进行，成本较高[49]。杨春林等人[50-51]通过微波等离子体装置，分析了等离子体密度的空间分布并得到了氢等离子体内部微波放电的基本特征。程平等人[52]利用微波放电电离质谱装置,分析了潮湿空气微波放电后的H3O+、NO+和O2+三种离子的动力学过程,发现了各种离子的形成机制。徐宇杰[53]对由微波激发的柱状放电等离子体的性质进行了分析。孙保民等人[54]通过改变介质阻挡放电的频率，探究频率对脱除NOx能耗的影响，发现当频率大于1GHz时，电子的平均动能随频率的升高而下降。如何获得大间隙和大面积的均匀大气压DBD是近几年扩大其在工业上应用的重点问题。和交流电源驱动的DBD相比，利用高压脉冲电源产生等离子体具有如下优点[23]：1.更易产生大气压均匀放电等离子体；2.脉冲大气压DBD的反应器精致，通过缩短脉冲脉宽和上升沿可以改变放电效率，是大气压均匀放电等离子体的最佳电源；3.利用高压脉冲电源激励DBD产生的等离
【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子体应用于机动车尾气中NOx净化的研究[J]. 冶兆年,卢慧泓,李惠,陈萌. 中国管理信息化. 2018(05)
[2]射频大气压介质阻挡放电中六边形斑图的时空结构演化研究[J]. 朱强,刘忠伟,陈强. 北京印刷学院学报. 2013(02)
[3]空气中纳秒脉冲均匀介质阻挡放电研究[J]. 邵涛,章程,于洋,方志,徐蓉,严萍. 高电压技术. 2012(05)
[4]大气压不同惰性气体介质阻挡放电特性的比较[J]. 罗海云,冉俊霞,王新新. 高电压技术. 2012(05)
[5]频率对介质阻挡放电脱除NOx能耗的影响[J]. 孙保民,高旭东,肖海平,杜旭,段二朋,曾菊瑛. 动力工程学报. 2012(01)
[6]微波放电氢等离子体的特性诊断和分析[J]. 杨春林,陈俊芳,符斯列,史磊,张洪宾,黄孟祥,赖秀琼. 华南师范大学学报(自然科学版). 2008(03)
[7]单级磁脉冲压缩系统实验研究[J]. 张东东,严萍,王珏,周媛,邵涛. 强激光与粒子束. 2008(08)
[8]等离子体电子温度的发射光谱法诊断[J]. 吴蓉,李燕,朱顺官,冯红艳,张琳,王俊德. 光谱学与光谱分析. 2008(04)
[9]介质阻挡放电特性及其影响因素[J]. 蔡忆昔,刘志楠,赵卫东,李小华. 江苏大学学报(自然科学版). 2005(06)
[10]介质阻挡放电等效电容变化规律的研究[J]. 王辉,方志,邱毓昌,孙岩洲. 绝缘材料. 2005(01)
博士论文
[1]脉冲调制射频大气压放电特性的实验研究[D]. 霍伟刚.大连理工大学 2016
硕士论文
[1]大气压下空气中气流对介质阻挡放电的影响[D]. 王战.大连理工大学 2008
[2]大气压下的介质阻挡放电对聚乙烯表面改性[D]. 王坤.大连理工大学 2006
本文编号：3360270
【文章来源】：辽宁师范大学辽宁省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型介质阻挡放电装置示意图[34]
辽宁师范大学硕士研究生学位论文-9-图1.1典型介质阻挡放电装置示意图[34]图1.2常见介质阻挡放电装置示意图[23]Fig.1.1SketchmapoftypicalDBDdevice[34]Fig.1.2SketchmapofcommonDBDdevice[23]1.2.2大气压介质阻挡放电研究概况1987年，日本人Kanazawa[25]在大气压条件下利用介质阻挡结构得到了均匀氦气放电（被称为大气压辉光放电AtmosphericPressureGlowDischarge,APGD)，利用介质阻挡大气压放电实现大气压均匀放电变得可行。从此，利用各种激励电源实现大气压DBD均匀放电成为人们研究的热点问题。传统的激励电源有低频（30Hz-300kHz）高压电源、射频（300kHz-300GHzRadiofrequencyRF）高压交流电源和高压脉冲电源等。本文将要开展的工作与低频（30Hz-300kHz）DBD物理密切相关，因此将在本文的1.3节对低频DBD的研究进展进行详细的介绍。当电极电压频率增加到射频较低频段（300kHz-300MHz，一般频率为13.56MHz时），由于上次放电产生的电子被快速交变的电场约束在电极间隙中，导致RFDBD放电的击穿电压和维持电压较低[35]。RFDBD也可避免直流、低频激励中高电压流注击穿产生的不均匀性。因此，近十几年来RFDBD成为大气压放电研究的热点，许多课题小组都对RFDBD的放电模式进行了研究[35-42]。石建军等人[35-36,43]通过实验证明当电极表面被绝缘介质覆盖时可以提高射频APGD的均匀性，绝缘介质层可以提高辉光放电的工作电流。朱强等人[44]通过RFDBD实验在大气压氦/氮混合气体中获得了稳定的六边形斑图，且斑图面积随功率的增加可扩大到整个电极。气流通过两个同心电极之间，当电极电压高于阈值电压时产生的等离子体被气流吹出电极，形成等离子体射流，但在功率过高的情况下放电易转变为电弧放电[45]，Dan.Bee等人[46]发现采用RFDBD可以有效抑制辉光放
大气压PET阻挡放电模式实验研究-10-当RFDBD由α模式转成γ模式时，会导致电压下降、气体温度上升等不稳定情况。石建军等人[37,42]通过实验证明了加入绝缘介质的射频APGD可以使放电从α模式平稳的转化到γ模式。Raizer等人[47]发现RFDBD可以增大α放电模式的范围。图1.3RFAPGD在α模式(a)和γ模式(b)下的放电照片[39]Fig.1.3PhotographsofRFAPGDoperatedinαmode(a)andγmode(b)[39]进一步增加电极电压频率到射频较高频段（300MHz-300GHz），利用此波段产生的大气压放电叫做微波大气压放电。MWAPD放电是一种无极放电,和低频放电相比，MWDBD具有高电离度和强化学性等优点，受到国内外科学工作者的高度重视[48]。许多研究人员利用微波电子回旋共振对聚合物进行表面改性时发现这种方法容易损伤基质，且工作周期长，需要在真空系统中进行，成本较高[49]。杨春林等人[50-51]通过微波等离子体装置，分析了等离子体密度的空间分布并得到了氢等离子体内部微波放电的基本特征。程平等人[52]利用微波放电电离质谱装置,分析了潮湿空气微波放电后的H3O+、NO+和O2+三种离子的动力学过程,发现了各种离子的形成机制。徐宇杰[53]对由微波激发的柱状放电等离子体的性质进行了分析。孙保民等人[54]通过改变介质阻挡放电的频率，探究频率对脱除NOx能耗的影响，发现当频率大于1GHz时，电子的平均动能随频率的升高而下降。如何获得大间隙和大面积的均匀大气压DBD是近几年扩大其在工业上应用的重点问题。和交流电源驱动的DBD相比，利用高压脉冲电源产生等离子体具有如下优点[23]：1.更易产生大气压均匀放电等离子体；2.脉冲大气压DBD的反应器精致，通过缩短脉冲脉宽和上升沿可以改变放电效率，是大气压均匀放电等离子体的最佳电源；3.利用高压脉冲电源激励DBD产生的等离
【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子体应用于机动车尾气中NOx净化的研究[J]. 冶兆年,卢慧泓,李惠,陈萌. 中国管理信息化. 2018(05)
[2]射频大气压介质阻挡放电中六边形斑图的时空结构演化研究[J]. 朱强,刘忠伟,陈强. 北京印刷学院学报. 2013(02)
[3]空气中纳秒脉冲均匀介质阻挡放电研究[J]. 邵涛,章程,于洋,方志,徐蓉,严萍. 高电压技术. 2012(05)
[4]大气压不同惰性气体介质阻挡放电特性的比较[J]. 罗海云,冉俊霞,王新新. 高电压技术. 2012(05)
[5]频率对介质阻挡放电脱除NOx能耗的影响[J]. 孙保民,高旭东,肖海平,杜旭,段二朋,曾菊瑛. 动力工程学报. 2012(01)
[6]微波放电氢等离子体的特性诊断和分析[J]. 杨春林,陈俊芳,符斯列,史磊,张洪宾,黄孟祥,赖秀琼. 华南师范大学学报(自然科学版). 2008(03)
[7]单级磁脉冲压缩系统实验研究[J]. 张东东,严萍,王珏,周媛,邵涛. 强激光与粒子束. 2008(08)
[8]等离子体电子温度的发射光谱法诊断[J]. 吴蓉,李燕,朱顺官,冯红艳,张琳,王俊德. 光谱学与光谱分析. 2008(04)
[9]介质阻挡放电特性及其影响因素[J]. 蔡忆昔,刘志楠,赵卫东,李小华. 江苏大学学报(自然科学版). 2005(06)
[10]介质阻挡放电等效电容变化规律的研究[J]. 王辉,方志,邱毓昌,孙岩洲. 绝缘材料. 2005(01)
博士论文
[1]脉冲调制射频大气压放电特性的实验研究[D]. 霍伟刚.大连理工大学 2016
硕士论文
[1]大气压下空气中气流对介质阻挡放电的影响[D]. 王战.大连理工大学 2008
[2]大气压下的介质阻挡放电对聚乙烯表面改性[D]. 王坤.大连理工大学 2006
本文编号：3360270
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