大气压介质阻挡辉光放电中放电电流的测量与分析.pdfVIP

第27卷，第12期2 0 0 7年1 2月 光 谱 学 与 光 谱 分 析 Vo1．27，No．12，pp2403—2405 Spectroscopy and Spectral Analysis December，2007 大气压介质阻挡辉光放电中放电电流的测量与分析 李雪辰 ，尹增谦 ，庞学霞 ，李永辉 ，高瑞玲 1．河北大学物理科学与技术学院，河北保定 071002 2．华北电力大学应用物理系，河北保定 071003 摘 要 介质阻挡放电产生的低温等离子体具有广泛的应用前景而成为研究热点。文章利用平行平板介质 阻挡放电装置，在流动的氦气中实现了大气压均匀辉光放电，得到了大气压下的均匀等离子体。利用电学方 法将放电电流从总电流中分离出来，从而得到了辉光放电的放电电流。通过分析放电电流、外加电压、气隙 上电压以及壁电荷电量之间的相互关系，可以研究气体放电过程中壁电荷积累的微观动力学行为。实验结 果表明壁电荷主要是在放电电流脉冲持续期间积累的，但电流脉冲结束后，由于气隙电压没有改变极性，壁 电荷还会逐渐积累，气隙电压改变极性后，壁电荷量随时间减小。这些结果对壁电荷在介质阻挡辉光放电中 作用的深入研究和大气压介质阻挡辉光放电的工业应用具有重要意义。 关键词 介质阻挡放电；大气压辉光放电；壁电荷 中图分类号：O461．2 文献标识码：A 文章编号：1000—0593(2007)12—2403—03 氩气及空气中实现了大气压辉光放电，研究发现外加电压半 引 言 周期中只有一个持续时间为微秒的放电电流脉冲，一般认为 脉冲放电是由于电荷在电介质板上积累形成壁电荷造成的。 气体放电产生的低温等离子体在薄膜生长、材料改性、 可见放电电流信号是判断是否实现大气压辉光放电的一个重 等离子体显示等领域有许多重要的应用，并逐渐显示出很好 要参数，它一般通过测量串联在放电电路中小电阻上的电压 的经济效益[1]，尤其是它能产生臭氧以及除去或者降解汽车 而得到。由于介质阻挡放电装置本身就是一个电容，因此这 尾气中的有害气体，从而也表现了很好的环保效益l2]。但对 样测量的放电电流一般叠加在正弦波形的位移电流上。因此 于大规模工业生产而言，使用低气压放电产生等离子体存在 将放电电流从总电流中分离出来，从而研究辉光放电过程中 着致命的弱点：放电必须维持在低气压状态，难以实现流水 壁电荷形成的动力学行为无疑具有重要价值。 线连续生产。显然，从工业应用角度而言，人们更需要在大 针对于此，本文对氦气中大气压辉光放电进行研究，利 气压条件产生低温等离子体。在高气压下放电一般会过渡到 用电学方法可以从总电流信号中获得放电电流，通过合理的 弧光放电或者电火花，这样产生的等离子体也是不均匀的， 物理模型就可以计算得到壁电荷电量、气隙电压、外加电 因而如何实现在大气压下的均匀辉光放电(即大气压辉光放 压、放电电流的关系，从而揭示了壁电荷形成的微观动力学 电)对工业应用是具有重要意义的。 过程。 早在1933年德国的Von Engel等就首次报道了大气压 辉光放电的研究结果__3]：利用裸露的电极在大气压空气或氢 实验装置和电流测量原理 气中，使用直流或者射频电源驱动能产生辉光放电。但这种 放电并不稳定，容易过渡到电弧放电，需要冷却阴极，并且 实验装置如图1所示。长度为8O inIn的有机玻璃管中装 开始放电时必须在低气压下点燃放电，所以它仍然离不开真 满普通自来水，两端是厚度为1．2 inIn的玻璃片，兼作电介 空装置。在1988年日本的Okazaki[4 等利用