大气压脉冲气体放电与等离子体应用浅析.docx

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大气压脉冲气体放电与等离子体应用浅析   脉冲放电等离子体及其应用是脉冲功率技术民用领域极具前景的发展方向之一。为了推动脉冲放电等离子体理论与应用技术的研究和发展,综述了近年来纳秒脉冲气体放电机理与典型脉冲等离子体特性和应用的研究进展。介绍了基于高能电子逃逸击穿的机理假说及相关测量技术的研究进展。下面深圳三和科技的小编将给大家分析直接驱动型脉冲放电、脉冲介质阻挡放电和脉冲等离子体射流三种典型脉冲放电形式的国内外研究现状。   气体放电是产生低温等离子体的有效途径。自上世纪90年代开始,气体放电等离子体及其应用技术发展迅速,相关研究和应用领域涵盖生物医学、环境保护、废弃物处理、材料表面改性、流动控制、等离子体点火和辅助燃烧等[1-2]。产生低温等离子体的气体放电形式多种多样,根据放电属性分类主要有:汤生放电(townsend discharge)、辉光放电(glow discharge)、电晕放电(corona discharge)、电弧放电(arc discharge)、流注放电(streamer discharge)、火花放电(spark discharge)等;根据放电结构分类主要有:介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)、空心阴极放电(hollow cathode discharge)、沿面放电(surface discharge)、滑动放电(gliding discharge)、射流放电(jet discharge)等;根据激励源分类主要有:直流放电(DC discharge)、交流放电(AC discharge)、射频放电(RF discharge)、微波放电(microwave discharge)、脉冲放电(pulsed discharge)等[1]。等离子体特性与放电特性密切相关,而放电特性与激励电源、放电模式及产生条件有关。直流、工频交流、冲击脉冲等常规条件下的放电特性已有大量研究,这些放电的折合电场强度(E/N)和过电压倍数不高,其等离子体参数也各不相同。如电弧放电产生在E/N较小的情况下(1~2 Td,1 Td=10-17 V·cm2),能量沉积的主要形式是气体的转动激发,温度可达8 000 K。高气压下微波放电的E/N值约5 Td,这种放电由许多细丝构成。滑动放电的E/N在10~100 Td范围内,由不同发展阶段的辉光放电和火花放电构成,放电中电子轰击形成的转动自由度的快速释放和分子的解离能够有效加热气体,温度约为几千K。直流辉光放电的E/N接近击穿阈值(空气中~100 Td),气体激励的主要机制是电子轰击后的振动和电子能级的跃迁,放电温度接近室温,常在低气压下产生。DBD的E/N约几百Td,放电的间隙较小,施加高压后的能量将直接作用于气体电流。上述这些放电条件和等离子体参数差异较大,但放电现象可用传统的汤生理论、流注理论和先导理论来很好地解释。   随着脉冲功率技术的发展,上升沿和脉宽都在纳秒量级的窄脉冲高压放电特性研究作为一项重要的基础研究工作在近些年持续推进。纳秒脉冲放电通常在10倍过电压的条件下产生,纳秒量级的超快上升沿能够产生快速电离波,它可以维持的E/N值达到逃逸击穿的阈值(空气中约2 000 Td),因此电子能量显著增大,电子密度涵盖范围较广。快速上升沿能够快速电离气体,流注发展时间小于流注理论中所强调的光电离时间,有效抑制放电向火花或者弧光模式转变,从而获得均匀的放电。与常规的交流、直流放电相比,脉冲气体放电具有一些非常规的现象,如高击穿电压、高电子能量、多通道放电等。经典的汤生和流注理论不再适用。研究人员提出基于放电中高能电子逃逸击穿的机理假说,解释纳秒脉冲气体放电中二次电子来源和流注发展过程。但这些机理假说彼此之间尚存在差异,脉冲放电机理尚未明确。然而,脉冲放电等离子体应用技术却在近十年里蓬勃发展,受到广泛关注。在材料表面处理、生物医学、杀菌消毒、环境处理、能源化工、飞行器气流控制和点火助燃等领域具有广阔的应用前景。一方面纳秒脉冲电源能够提供高功率密度,高E/N以积累高能电子电离气体,产生具有高反应效率活性粒子的大气压等离子体,促进了一些常规条件下无法实现的反应发生,同时反应体系接近室温。另一方面纳秒脉冲气体放电电子崩发展时会产生的高能电子,能够解释流注机理无法解释的现象。   综上所述,纳秒脉冲气体放电与等离子体应用是一项重要的理论和应用基础研究,对拓宽大气压空气等离子体的应用领域和发展民用脉冲功率技术,具有重要的理论和实际意义。本文综述了纳秒脉冲气体放电理论与应用技术的研究进展,以期推动纳秒脉冲放电及其等离子体应用技术的发展。本文将从机理、特性和应用三个角度综述脉冲放电及其等离子体应用的研究进展。   深圳三和波达机电科技有限公司是一家研

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