大气压空气辉光放电

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1、电工电能新技术Vo1．24．No．2第24卷第2期2005年4月Advancedrechno1oofE1ectricalEngineeringandEnergy垒旦!：Q大气压空气辉光放电郝艳捧，关志成，王黎明，王新新，李成榕(1．清华大学深圳研究生院，深圳518055；2．清华大学电机系，北京100084；3．华北电力大学电力工程系，北京102206)摘要：重点论述了大气压下辉光放电的研究现状、诊断方法和放电机理，探讨了大气压下空气间隙(>2mm)实现辉光放电的可行性，提出用降低放电电场强度的方法有可能实现大气压下较大空气间隙

2、辉光放电。关键词：大气压辉光放电；等离子体表面改性；工业等离子体工程；气体放电中图分类号：TM213文献标识码：A文章编号：1003—3076(2005)02—0069—04表面改性的工业化等离子体源是放电均匀、能量密1引言度适中的大气压下空气间隙辉光放电(Atmospheric目前，化学纤维已成为国际纺织生产中的主体PressureGlowDischarge：APGD)等离子体。原料。但是由于化学纤维结构紧密、结晶度高，是典2研究现状型的疏水性纤维，难以染色，穿着舒适性差，因此必须对纤维表面进行改性才能扩大其应用领域。气体国内

3、外的研究人员一直在努力实现大气压辉光放电产生的低温等离子体中存在着大量种类繁多的放电。1933年德国VonEngel首次报导了利用冷却活性粒子，可以用来对聚合物材料进行表面改性，例的裸电极在大气压氢气和空气中得到的辉光放如，提高薄膜、无纺布和纺织品的亲水性、可湿性、吸电⋯，但很容易从辉光过渡到电弧，并且需要在低气水性、可印性、可染性和粘着性等。和传统的化学方压下点燃，因此仍离不开真空系统。自上世纪80年法相比，用等离子体改善纺织品的可染性具有突出代以来，由于等离子体表面改性诱人的工业化应用的优点：它不需要使用表面活化剂和大量的水

4、，无废前景，APGD一直是国内外学者研究的重点和热弃物或有毒的副产品，因而具有很好的经济效益和点。环保效益。研究发现：在非空气气体中(如氦气、氩气、氮气低温等离子体通常是由低气压下的辉光放电产或某些混合气体)比较容易实现APGD。例如，1993生的，但对于工业生产而言，真空系统的使用难以实年Okazaki等人使用网孔电极和介质阻挡材料，在3现流水线连续生产。介质阻挡放电(DielectricBarriermm氩气、氮气间隙中分别获得了APGD；1995年Discharge：DBD)在一定条件下转变为均匀的丝状放Roth等人用介质

5、阻挡平板电极结构RF放电在3．5电(UniformFilamentaryDischarge：UFD)，能够在大气mnl氦气间隙中获得了APGD¨；2001年Massines等压下产生低温等离子体，目前，已在高聚物塑料的印人利用介质阻挡平板电极结构，分别获得了5mm刷、粘合或涂装等工序前的表面处理上实现了工业氦气间隙和1mm氮气间隙中的APGD；2002年清化应用，而在化纤无纺布和纺织品工业中尚属空白。华大学选择电阻率合适的材料作为电极覆盖层，用由于与塑料不同，无纺布和纺织品都是非均匀材料，50Hz(或60Hz)工频电压代替RF电

6、压，分别实现UFD在大气压下通常由大量的时间和放电空间随机了大气压氦气中大面积均匀辉光放电、用介质阻分布的具有高能量密度的放电细丝组成，难以对材挡电极实现了5mm氦气间隙的APGD等等。料表面均匀处理，甚至会损坏材料，限制了其工业应空气中APGD的研究也取得了一些小的进展。用。因此，最适合用来对无纺布和纺织品纤维进行例如，1998年Tepper用网孔电极和驻极体介质阻挡收稿日期：2004—10—18作者简介：郝艳捧(1974)，女，河北籍，博士后，主攻大气压辉光放电及其在材料表面改性中应用的研究。70电工电能新技术第24卷材料实

7、现了2mm空气间隙的APGD。2002年清Massines研究发现有两种方法可以识别大气压华大学用介质阻挡电极实现2mm空气间隙的氦气间隙辉光放电]，一种是放电的脉冲电流：每个APGDJ。2003年西安交通大学用网孔电极和介质半周期内仅包含一个放电脉冲的周期性电流，当施阻挡材料也实现了2mm空气间隙的APGD。但加的电压极性改变时有一反方向的电流脉冲。然是，上述研究结果都是较小空气间隙的APGD，无法而，大气压空气间隙是否与大气压氦气间隙的辉光工业应用。人们发现，大气压空气间隙较大时(>3放电的放电电流特性一致，可以作为诊断方法

8、还未InlT1)，放电是由大量时空分布不规则的放电细丝组见报道。另一种是拍摄放电照片，拍摄该放电照片成的流注放电。实现空气中间隙较大时(>3mm)的暴光时间与流注发展持续期相当，通常为10ns。的APGD是当前研究的难点和热点。这种方法可以判断放电总是均匀的并且