大气压介质阻挡辉光放电研究综述.pdf

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1、!第!"卷!第!#期!#$$"年!#月#’$#"专题评述"大气压介质阻挡辉光放电研究综述"李雪辰!董丽芳河北大学物理科学与技术学院!光学与材料物理实验室!保定!"#!!$摘要!!大气压介质阻挡辉光放电由于不需要真空装置并且所产生等离子体均匀性好!电子温度与电子密度适中"在工业领域具有重要的应用前景"逐步成为低温等离子体的研究热点0文中综述了利用介质阻挡放电装置实现大气压辉光放电的研究进展"主要包括实验装置!检测手段!产生条件!产生机理和参数诊断等"最后对大气压辉光放电的未来研究进行了展望0关键词!!大气压辉光放电!介质阻挡放电!低温等

2、离子体%#!$&!!气体放电产生的低温等离子体在薄膜生长’源’平板显示器$及环保领域"臭氧产生’自来水杀%7&%8&材料改性’等离子体显示等领域有许多重要的应菌’汽车尾气处理等$具有广泛的应用前景0用!并逐渐显示出很好的经济效益!尤其是它能产生介质阻挡放电虽然具有这样广泛的应用!但在臭氧以及除去或者降解汽车尾气中的有害气体!从而大气压条件下介质阻挡放电通常呈现丝状微放电!%’!%&也表现了很好的环保效益0但对于大规模工业生这样的丝状放电必然产生非均匀的等离子体从而导产而言!使用低气压放电产生等离子体存在着致命的致材料的处理也是非均匀的

3、!并且有可能损伤材料弱点#放电必须维持在低气压状态!难以实现流水线表面0因此!最适合用来对薄膜’纺织品以及纤维连续生产0显然!从工业应用角度而言!人们更需要等材料进行处理的是利用介质阻挡放电产生大面积在大气压条件产生低温等离子体0均匀的放电0这种放电模式可以称为弥散放电"5,:&高气压"可以达到一个大气压及以上$下产生低:3;45,;/1+<=4$’均匀辉光放电!日本的>?+@+?,称温等离子体的方式主要有#电晕放电’介质阻挡放%$&这种放电为大气压辉光放电!并且研究表明大气电和电弧放电0这几种放电比较而言!电晕放电很压辉光放电比丝状

4、放电产生活性粒子的效率更微弱且产生活性粒子的效率太低而不适于工业应%"&高!从而大气压辉光放电是能经济有效地产生适用(电弧放电与之正好相反!它的能量密度太高!于工业应用的等离子体的主要手段0产生一个电子&离子对需要超过#!8在低气压条件下很容易实现辉光放电!但在大气49的能量!由于电子和离子都具有很高的能量!所以这种放电很压条件下辉光放电始终是困扰人们的一个研究难题0容易损伤薄的或比较脆弱的工件0与电晕放电和电事实上早在#A77年德国的9B6)6=4-等就报道了大弧放电相比!介质阻挡放电由于能很容易地产生等%(&气压辉光放电的研究结果

5、#利用裸露的电极在大气离子体且等离子体电子温度’等离子体密度适中!压空气或氢气中用直流或者射频电源驱动能产生辉光所以介质阻挡放电在等离子体材料处理"薄膜制备’放电0但这种放电并不稳定!容易过渡到电弧放电!刻蚀’改性等$’等离子体照明"紫外及真空紫外光需要冷却阴极!并且开始放电时必须在低气压下点燃!$!!%&!$&$$收稿!$!!%&!’&!(收修改稿!"国家自然科学基金资助项目"批准号##!’"’!$"$!)&*+,-#./-,!*+,-012304530/6!第!"卷!第!#期!#$$"年!#月#’$$放电!所以它仍然离不开真空装置

6、0但由于大气压辉光放电诱人的工业化应用前景!从$!世纪(!年代开始!大气压辉光放电成为了研究热点0特别是#A((%$&年日本的>?+@+?,等报道了一种大气压下惰性气体中的稳定辉光放电!世界各国就这一课题开展了更为%A)##&广泛的理论和实验研究工作0!!典型的实验装置典型的大气压介质阻挡辉光放电装置如图#所图"!沿面型大气压辉光放电装置示0放电电极由两块平行平板电极构成!电极至少有一个要被绝缘电介质所覆盖!电介质层可以是陶由于绝缘电介质层的存在!上面所述的大气压瓷’玻璃或者电介体0高压电源的频率一般是几千介质阻挡辉光放电只能工作于交

7、流电压下0德国的%#$)#(&赫兹到几百千赫兹范围0工作气体多为惰性气%77)7%&用一个高阻抗的半导体电极代替了E3

8、微放电丝!放电则图!!平行平板大气压介质阻挡辉光放电装置属于丝状放电(当两个电极间不能分辨出微放电丝!一般认为放电为大气压辉光放电!如图7所%$!A&>?+@+?,在对氦气中的大气压辉光放电进行研示0这种仅依靠肉眼判断放