大气压氩气刷形等离子体羽的特性研究*

杨丽君 宋彩虹 赵娜 周帅 武珈存 贾鹏英

(河北大学物理科学与技术学院, 保定 071002)

1 引 言

大气压非平衡低温等离子体在生物医学[1-4]、表面处理[5]、薄膜生长[6]、增强催化[7]以及元素探测[8]等方面具有巨大的应用潜力.目前利用介质阻挡放电(dielectric barrier discharge, DBD)装置已经成功地在惰性气体、氮气等[9,10]具有亚稳态的气体中实现了稳定的大气压均匀放电.如果直接以空气作为工作气体, 由于大气压空气的击穿电场很高, 放电很容易出现不稳定性, 致使辉光放电向弧光放电转化, 从而破坏均匀放电.因此, 常规手段很难实现大气压空气均匀放电.

Wang等[11]在实验和理论计算的基础上发现:在大气压空气中, 若气体间隙大于5.0 mm, 不论如何选择驱动电源的频率, 都不能得到大气压均匀放电而只能是空间不均匀的丝状放电.Fang等[12]研究了空气均匀DBD的影响因素, 发现气压、介质层厚度和气隙宽度都对均匀放电有着重要的影响, 即DBD只有在合适的参数范围内才有可能产生均匀放电.通常, 均匀DBD的气隙宽度很小(只有几个毫米), 因此使得待处理材料的尺寸也受到了限制, 即大气压均匀DBD很难对大体积的三维物体进行处理.

为了消除DBD气隙宽度对待处理材料的尺度限制, 研究者们提出了一系列等离子体射流装置.在等离子体射流中, 电极区产生的等离子体通过气体的流动可以在应用区产生等离子体羽, 从而实现产生区和应用区分离.研究者提出了多种类型的等离子体射流[13-17].这些射流……