介质阻挡放电蜂窝斑图形成过程的光谱研究.pdf

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1、第３４卷，第４期光谱学与光谱分析Vol畅３４，No畅４，pp９１５‐９１８２０１４年４月SpectroscopyandSpectralAnalysisApril，２０１４介质阻挡放电蜂窝斑图形成过程的光谱研究董丽芳，朱平，杨京，张玉河北大学物理科学与技术学院，河北保定０７１００２摘要采用光谱法，研究了氩气／空气混合气体介质阻挡放电中蜂窝斑图形成过程中等离子体参量的变化。实验发现，随着电压的增加，放电经历六边形点阵斑图及疏密点同心圆环斑图后，形成了蜂窝斑图。利３３用氮分子第二正带系（Cu→Bg）的发射谱线Π、氩原子Π７６３畅２６nm（２P６→１S５）与７７２畅１３nm（

2、２P２→１S３）两条谱线强度比法和氩原子６９６畅５７nm（２P２→１S５）谱线的展宽，分别研究了上述三种斑图的分子振动温度、电子激发温度和电子密度。结果发现：蜂窝斑图的分子振动温度和电子激发温度均高于六边形点阵斑图相应的温度，但其电子密度却比后者的电子密度低。实验还通过电容法，测量了放电斑图的放电功率，发现蜂窝斑图的放电功率远远高于六边形点阵斑图的放电功率。工作结果对于研究介质阻挡放电自组织斑图的形成机制具有重要意义。关键词介质阻挡放电；斑图；等离子体参量；放电功率中图分类号：O４６１畅２；O４３３畅４文献标识码：ADOI：１０畅３９６４／j畅issn畅１０００‐０５

3、９３（２０１４）０４‐０９１５‐０４引言１实验部分介质阻挡放电（DBD），是一种典型的非平衡态交流气体实验装置，如图１所示，主要由水电极、真空室、驱动［１，２］放电，其装置的核心由两个平行板电极组成，并且至少电源以及数据采集系统四部分组成。其核心是特殊设计的水一个覆盖着电介质层。当外加电压达到气体击穿阈值时，两电极，电极两端用厚度为２mm的玻璃封住，两放电电极之电极间气体雪崩电离，形成放电等离子体。当pd值（气压p间的距离可以调节。两水电极相对放置，中间有厚度为２与气隙间距d值的乘积）较高（远大于１０torrcm）时，放电为mm的圆形放电气隙，用以形成稳定的斑图。整个

4、水电极置［３］流光模式，放电由放电丝组成。在合适的条件下，放电丝于一个密封的反应室内，其内部充有氩气（含量为９７％）和空［４‐８］可自组织成规则的斑图。通常情况下，斑图是由相距一定距离的放电丝组成的点阵斑图。本工作首次在流光放电模式下，通过增加电压，先后得到了六边形点阵斑图和蜂窝斑图，二者均具有六边形对称性。观察发现，前者由放电丝作为基本单元排列而成，而后者由多个放电丝团簇后再排列而成。进一步观察发现，与六边形点阵斑图相比，蜂窝斑图的亮度、颜色及放电面积都有所不同，说明二者等离子体状态不同。为了研究放电丝等离子体状态对放电斑图自组织形成的影响，对六边形点阵斑图和六边形

5、蜂窝斑图的分子振动温度、电子激发温度、电子密度及放电功率进行了研究对比。Fig畅1Schematicdiagramoftheexperimentalsetup收稿日期：２０１３‐０６‐１３，修订日期：２０１３‐０９‐１８基金项目：国家自然科学基金项目（１１１７５０５４），博士点基金项目（２０１０１３０１１１０００１），河北省科技厅重点项目（１１９６７１３５D）和河北省教育厅重点项目（ZD２０１０１４０）资助作者简介：董丽芳，女，１９６３年生，河北大学物理科学与技术学院教授e‐mail：donglf＠mail畅hbu畅edu畅cn９１６光谱学与光谱分析第３４卷－１气的混

6、合气体，气压为０畅７大气压。驱动电源为正弦交流电选用光谱仪的３００G·mm的光栅，在３００～８００nm范源，峰值电压范围为０～１３kV，频率为５３kHz。高压探头围内，测量了六边形点阵斑图、疏密点同心圆环斑图及蜂窝（TektronixP６０１５A１０００×）用来测量放电电极两端电压。斑图的发射光谱，如图３所示。显见，蜂窝斑图的谱线强度，用数字示波器（TektronixDPO４０１０B）记录、存储。用ICCD均高于六边形点阵斑图相应的谱线强度。注意到氩原子谱线高速照相机（１２０HP００４７）和数码照相机（NikonD７０００）拍摄分布在７００～８００nm范围，氮分子谱线

7、分布在３００～４００nm气体放电形成的发光斑图。气体放电发出的光先通过透镜成范围。经测量发现，蜂窝斑图氩原子和氮分子的谱线强度分像，再由光纤探头导入光谱仪（ACTONADVANCEDSP别是六边形点阵斑图相应谱线强度的２畅４倍和１畅７倍，可２７５０A，CCD：１３４０×４００pixels），由计算机采集分析后进行见，蜂窝斑图中氩原子谱线强度增加较多。存储。２结果与讨论如图２所示，随着电压的升高，放电经历六边形点阵斑图及疏密点同心圆环斑图后，形成了六边形蜂窝斑图。蜂窝斑图的总放电面积比六边形点阵斑图大，而放电亮度却比后者暗。此外，六边形点阵斑图的放电脉