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在这种高电流情况下
2017-10-15

  ,是指能在1个标准大气压或近似于大气压下引发气体电离,产生类似于辉光等离子体的设备,也叫。与丝状放电相比,准辉光放电等离子体更加稳定、均匀,更适合材料或产品大面积的表面处理。

  在常压状态下形成准辉光放电,必须要达到某一最小的初始电子密度,当将要电离的电子密度足够大时就可以生成大面积的准辉光,让初始雪崩头能够相互重叠合并,同时也使切向空间电荷的电场梯度变得比较缓和。

  气体电离的强烈程度受到气体纯度、气体附着、剩余气体中存在亚稳态、电子、 离子等因素的影响。在介质阻挡放电中可以利用前半周期的剩余粒子,即除了介质表面的记忆电荷,使用适当的放电频率在整个放电体积中也会产生记忆效应。图1是常压差分DBD放电:

  此外,特殊性质的电介质也有利于大面积均匀等离子体的产生。电介质表面能够积累相当数量的电荷。在高电压作用下,这些电荷能够被均匀的束缚在介质表面。当电场改变极性并且超过某一阈值时,电荷也同时被排斥离开表面并点燃高电流密度阻挡放电。在这种高电流情况下,每半个波形的单个电流峰只有几个纳秒的持续时间;而正常辉光放电条件下,氦气中放电是3微秒,氮气是200微秒。图2是单介质同轴常压DBD放电:

  在等离子体化学应用中,往往需要电子具有较高的能量;较低能量的电子只能通过振动损失输入电能,无法满足化学反应需要的反应条件。因此提高高能电子在放电空问内的分布对于获得有效的等离子体化学反应速率非常重要。

  据研究,普通DBD等离子体中的电子平均能量在1~10eV之间,高于10eV对于离解、电离气体分子作用效果更好,而电子能量的大小通常与电极结构、功率、频率等放电条件等密切相关。图3是常压大间距DBD放电:

  等离子体发射电磁波的过程会产生辐射。通常由气体放电产生的等离子体都伴随着发光现象,其颜色与反应气体种类有关。除了发射可见光外,还会产生紫外线和X射线等,实质上都是电磁波。

  等离子体辐射的主要来源是等离子体中粒子运动状态的变化;尤其是电子,其运动状态更加多种多样。除束缚电子,还存在动能可以连续变化的自由电子。当它同别的粒子发生碰撞或受其他外场影响时便会改变运动状态,同时伴随着能量状态的变化而发生跃迁辐射。

  常压DBD等离子清洗机中对等离子体辐射的研究非常重要。一方面等离子体辐射会释放能量,造成等离子体的能量损耗;同时对于有些气体辐射还会引起光致电离,从而有效激活反应体系;另一方面等离子体辐射中携带着大量的等离子体内部信息,通过对辐射频率、辐射强度等研究或进行时间分析,可以对等离子体密度、温度及粒子状态等进行诊断,还可以获得有关化学反应过程的相关信息。

  常压DBD等离子清洗机中等离子体一般有三种主要的辐射过程,即激发辐射、复合辐射和轫致辐射;而常压DBD等离子清洗机中等离子体的电子温度只有1~10eV,因此起主要作用其实的是激发辐射和复合辐射。

  激发辐射是指在受激原子中,处于高激发态的粒子跃迁到低激发态或基态时发出的辐射。激发辐射在辐射跃迁前后电子均处于束缚态,激发辐射的辐射频率由跃迁前后两能级间的能量差决定。快乐赛车图4激发辐射过程:

  复合辐射是指当一个自由电子被离子俘获复合成低价态的离子或中性离子时而发出电磁波的过程。在复合辐射跃迁过程中电子是从自由状态变成束缚态。图5复合辐射过程

  韧致辐射是指等离子体中的带电粒子由于受其他粒子静电势场的作用而发生速度变化时,由于动能变化而发出的电磁辐射。在DBD等离子清洗机的等离子体中电子速度远大于离子速度,因此韧致辐射主要是由电子产生的。当自由电子经过正离子附近时,因受离子电场的作用使电子的惯性运动受阻,损失能量而发出电磁辐射.。在这一过程中,电子在辐射后仍是自由的,只是动能减少而已。图6韧致辐射过程:

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