介质阻挡放电斑图动力学研究进展.pdf

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1、!第!"卷!第#期!$%%"年#月(%#"专题评述"介质阻挡放电斑图动力学研究进展"贺亚峰!董丽芳""!刘富成!范伟丽!王志军河北大学物理科学与技术学院!保定!"#!!$摘要!!介质阻挡放电斑图动力学是一门新兴的交叉学科!对它的研究已经引起了人们广泛的关注:介质阻挡放电中复杂的非线性过程以及系统经历的高级动力学分叉过程使得系统可呈现出丰富的时空斑图与时空对称性破缺:因此介质阻挡放电成为研究斑图动力学的一个新的系统!它为目前实验室斑图动力学的研究注入了新的内容:文中对介质阻挡放电的应用研究与应用基础研究作了简要的介绍!着重介绍了介质阻挡放电斑图动力学的研

2、究进展!并对这一领域的研究进行了展望:关键词!!介质阻挡放电!时空斑图!反应扩散模型%(&丝外其他地方的生长速度:最近对等离子体光子晶!!介质阻挡放电的应用及其斑图动力学%%&体的研究引起了人们广泛的关注:它是一种由等离介质阻挡放电"简称2<2!又名无声放电$是一子体和介质层周期性排列的结构!因等离子体对电磁种有电介质插入放电空间的气体放电!一般工作在交波具有负折射率!电磁波在等离子体光子晶体中传播流电压下!而且远离热力学平衡态!是一种典型的非时折射率的周期性变化会出现光子晶体具有的导带’%#!$&平衡态交流气体放电:根据放电气体成分’介质禁带等特征:

3、斑图模式的介质阻挡放电就是实现三维材料性质’放电气隙宽度等实验条件!介质阻挡放电等离子体光子晶体的一种有效方法%"&:可呈现出’种放电模式#丝状模式’弥散模式与斑图斑图就是指在时间’空间或时空上具有某种规%#&模式:丝状模式最典型的应用就是因其能够在大气律性的非均匀宏观结构!它是系统的一种内在属压下以一种经济’有效的方式产生臭氧而被应用于臭性%+&:它广泛存在于自然界!如斑马身上的条纹!氧发生器等领域:对于弥散模式最有应用前景的就是天空的云街等:实验室研究斑图的系统主要有化学大气压辉光放电!因为在许多应用领域"如材料表面系统’B/A/C/D系统’对流系

4、统’非线性光学系统’的高速处理等$要求产生的等离子体是均匀的!并且磁流体系统’液晶系统以及介质阻挡放电系%’!*&工作在大气压下以利于工业化!这使得大气压辉%,(#*&统:虽然各个系统斑图形成的具体物理机制各光放电成为人们研究的一个热点:稳定的=>气大气不相同!但斑图的形成与演化规律却有着一定的共压辉光放电很容易实现!而空气!?!@!)A等气体性:斑图动力学就是研究斑图形成系统中斑图的形大气压放电容易向丝状放电转化!因而对它们的研究成’演化与失稳规律的一门学科:对斑图动力学的是实现工业应用的必然要求:另外!斑图模式的介质研究也具有实际应用价值:例如!在

5、可激发系统中阻挡放电也具有广泛的应用前景:例如材料的局域生的螺旋波斑图和螺旋波破缺产生的缺陷湍流与心脏长!在适当的控制条件下放电丝能自组织排列成规则的心率不齐和室颤的病变问题有关!对它们的控制的结构"斑图$!而放电丝内材料的生长速度高于放电对于心脏疾病的治疗有重要意义:!$!!%&!"&#"收稿!$!!%&#!&’!收修改稿!"国家自然科学基金"批准号##!’"(!#(!#!("(!$"$和河北省自然科学基金"批准号#)$!!*!!!!+%!)$!!%!!!,(!$资助项目!""通信作者!-&./01#234516!789:;4!第!"卷!第#期!$%

6、%"年#月(%$高速相机研究惰性气体放电!发现在一个放电事件中"一个宽的放电电流$放电先后经历了斑图模式与%#"&辉光模式:因此介质阻挡放电斑图动力学的研究对研究大气压辉光放电也具有很重要的意义:#!介质阻挡放电斑图动力学的实验研究进展$!世纪+!年代人们就已经在介质阻挡放电中观察到了斑图!后来有几个小组也分别在不同的实验条件下得到了自组织斑图:但是由于得到的斑图类型很少"六边形’反六边形’条纹’靶波$!他们并没有对图!!各种系统中的斑图介质阻挡放电斑图动力学作深入研究:只有德国"/$生物系统)"8$化学反应系统)";$B/A/C/D系统)"C$对流系

7、统)">$非线性光学系统)"6$介质阻挡放电系统F9AG04H小组一直在作这方面的研究!但是他们采用的也是IJ@电极!得到斑图类型有限"六边形’条!!介质阻挡放电除了具有广泛的应用前景外!还因%#+!#,&纹’同心圆环$:另外F9AG04H小组还采用半导其具有以下几个优点而在斑图动力学研究领域引起人体与IJ@电极做直流气体放电!得到了耗散孤子’们广泛的关注#"#$放电本身是发光的!因而2<2六边形’条纹’螺旋波’靶波及K05L/5的螺旋波与为斑图动力学提供了一个很好的可视化研究对象)靶波斑图%$!($’&!但是这种直流的放电不是严格意义"$$2<2中形

8、成稳定斑图所需要的时间非常短!在上的介质阻挡放电:本课题组采用独特的液体电极放一般的非线性耗散