大气压下多脉冲均匀介质阻挡放电的研究

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1、第(’卷第&期%$$(年&月物理学报L:2)(’，K:)&，M0N;5，%$$("$$$.&%@$E%$$(E(（’$&）E"%@(.$#=FD=>GHIJF=IJKJF="%$$(F514)>539)I:;)"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""大气压下多脉冲均匀介质阻挡放电的研究!!王艳辉王德真（大连理工大学三束材料改性国家重点实验室，物理系，大连""#$%&）（%$$’年(月%$日收到；%$$’年#月"&日收到修改稿）基于一维流体力学模型，数值计算

2、研究了大气压下氦气中多脉冲均匀介质阻挡放电的形成原因和性质，分析讨论了所加电压频率、幅值及介质板性质等对多脉冲均匀放电的影响)模拟结果显示，当放电间隙较小时，由于介质表面积累电荷增加，感应电场增强，在外加电压的每半个周期内，可以形成多个放电脉冲，这些脉冲相应于等时间间隔的分立击穿)放电间隙越窄，半个周期内形成的脉冲数目越多)所加电压频率和幅值的变化不仅影响脉冲的幅度，同时也使放电脉冲的数目发生变化，而介质层厚度及介电常数的变化对放电脉冲数目没有明显的影响)关键词：大气压均匀放电，介质阻挡放电，数值模拟，等离子体!"##：(%(#，**($，

3、(%+$,阳极附近离子的产生与阴极二次电子发射之间的时"<引言间延迟造成的)由此可见，均匀的多脉冲放电还有待于进一步的研究和讨论)本文采用一维流体模由于均匀大气压等离子体在材料表面处理、薄型，对氦气中均匀的多脉冲介质阻挡放电进行了模膜沉积、医疗器具消毒、臭氧生成、新型光源等领域拟研究，分析讨论了形成多个电流脉冲的原因和条具有广阔的应用前景，它一直是等离子体领域的一件，详细分析了放电参数的选择对多脉冲放电的个研究热点)在大气压下，均匀的介质阻挡放电通影响)常是单峰放电，即在外加电压的每半个周期内只有一个电流脉冲，而且放电的空间结构与低气压辉光

4、%<理论模型放电相似，具有明显的阴极位降区、法拉第暗区和等离子体正柱区，因此被称为大气压辉光放电所研究的放电产生于两个平行板电极之间，具（=>?,）［"—’］)这种放电已经在一些气体中获得，尤体的放电结构参见文献［"$］)两个极板均被介质层其是氦和氮气中的大气压辉光放电已被广泛研覆盖，极板所加电压为正弦电压)数值模拟采用一［"—#］维流体力学模型，带电粒子及亚稳态原子的输运由究)然而，最近报道一种不同形式的放电———［*—@］连续性方程和动量方程描述：多脉冲均匀大气压介质阻挡放电)实验和模拟结果均显示，在合适的条件下，在外加电压的每半个!!

5、"A!$"B&，（"）"!#!%周期内，可以形成多个电流脉冲，这些脉冲均出现在!!"外加电压的上升阶段，脉冲的幅度随电压的升高逐$"B’"!"C("，（%）!%渐减小，直到接近外加电压的最大值时放电结束)式中!，$，’和(分别为第"种粒子的密度、粒子""""然而，这种多脉冲放电的机理目前尚未完全清楚，在流密度、漂移速度和扩散系数，&为第"种粒子的净"文献［*］中，多脉冲的形成被认为是由于放电在径向产生项)不均匀所致，相继出现的电流峰是在径向不同位置电场由电流平衡方程确定：发生的击穿；文献［+］把多个电流脉冲解释为阴极位!（%）!)（%，#）

6、A"（%，#）B"（#），（&）降的振荡；而文献［@］认为多电流脉冲放电，是由于;D!#!国家自然科学基金（批准号："$%*($"$）资助的课题)!-./012：304561.789:56);:/+’F7物理学报.&卷式中!为传导电流密度，由下面公式给出：式中&和&为介质层的厚度及放电间隙的宽度(!)5!（!"，#）"（$%（#"，#）$%（%"，#）），（&）介质表面积累的电荷密度由下式给出：#式中%（"，#），%（"，#）为离子和电子流密度，由方程#%"（"，#）"!（!"，#8）,#8(（9）（’）给出(!（"）为相对介电常数，其大小

7、取决于位置!*"，在介质中，!（"）"!)，在气体中，!（"）"!*"+(采用:!;-<=%<>%<和?@AA%B提出的有限差分方［++］电场满足下列条件：法对上述非线性方程组进行联立求解(模型中所&包含的带电粒子为电子%、原子离子C%4和分子离$’（"，#）,""(（-#），（.）子C%4(由于亚稳态原子C（%’3:）和C（%’+:）具有!’*十分相似的特性，统一考虑成一种有效的种类C%"式中&为两个电极之间的距离，(-"(*/01’!)#为极(板上所加的正弦电压，!为放电电流密度，在两个计算中所考虑的主要激发、电离过程列于表+(粒子2的

8、迁移率和扩散系数来自于［+’—+&］(忽略光电离电极之间对方程（3）积分，可以得到其表达式为$+对放电的影响，二次电子发射系数为常数，对两种离’&)&5!（2#）"(4)子均取*