常压射频辉光等离子体稳定放电研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
10905010
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
21.0万
负责人：
石建军
依托单位：
东华大学
学科分类：
A2907.低温等离子体
结题年份：
2012
批准年份：
2009
项目状态：
已结题
起止时间：
2010-01-01 至2012-12-31

项目参与者：
钟方川；杨平；蔡叶青；张杰；付平；
关键词：
稳定控制常压辉光放电放电机理射频放电数值模拟

项目摘要

常压射频辉光放电产生的低温等离子体具有密度高、均匀性好等特点，但放电的稳定性是限制其深入研究和应用发展的瓶颈。本项目将首先通过二维流体数值模拟研究放电在Alpha和Gamma工作模式下的各自放电机理、特性及其相互转换的机制，主要研究伴随放电模式转换时发生的破坏放电稳定性的横向收缩效应，讨论其主要控制因素。结合数值模拟和放电实验、诊断研究射频激发频率和阻挡介质特性分别对放电机理的影响及其对放电稳定性的控制效果，利用快速摄像和光谱诊断技术，研究放电在模式转换时的时空特性和动力学过程，特别是放电横向收缩特性。进一步研究活性气体对放电机理和稳定性的影响，揭示其中激发态粒子在放电过程中对放电机理的作用以及电负性气体中电子吸附效应对控制放电稳定性的效果。将常压射频辉光等离子体应用于高性能纤维的表面刻蚀改性研究，为发展具有实际应用价值的常压射频辉光等离子体表面改性技术提供理论依据和技术支持。

结项摘要

建立了氩气常压射频辉光放电的二维自洽流体数值模型，通过数值模拟研究了放电激发频率、放电间隙和介质层引入对氩气中常压射频辉光放电的放电模式转变与放电强度的影响，主要讨论稳定放电Alpha模式下放电参数范围：通过提高射频激发频率，Alpha放电模式的稳定放电参数范围扩大，其也随放电间隙的减小而扩大；通过在电极表面引入介质层，降低了外加射频电压在气体上的分压，达到稳定控制Gamma放电的目的。另外也数值模拟研究了常压高压脉冲放电的特性和动力学过程，特别是鞘层在形成放电过程中演变过程，通过比较研究介质阻挡对放电特性和机理的影响。实验研究中利用快速增强ICCD技术和发射光谱探测技术，描绘出放电在射频周期内各种活性粒子的演变情况和动力学过程。研究了射频激发频率（5-24 MHz）对放电特性和放电模式的影响，根据放电击穿电压、放电维持电压、放电模式转变电压和Gamma模式放电电压讨论了放电模式转变特性及机理，特别是证实了放电稳定性随射频激发频率的拓展效应。利用点电极到介质层面电极的放电结构，研究了放电在面电极表面的扩展特性，揭示了放电在介质层表面的特性。在常压氩气射频辉光放电中，分别研究了引入活性气体（氧气和氮气）后放电稳定性，主要通过放电电流电压特性研究放电稳定性以及等离子体发射光谱诊断研究等离子体中的活性粒子。在应用研究中建立了用于纤维表面改性处理的管式常压射频辉光等离子体放电系统，开展了常压辉光等离子体对碳纤维和高强高模聚乙烯（UHMWPE）纤维的表面改性处理研究，分别从等离子体处理对纤维表面形貌和纤维表面浸润性研究纤维表面改性效果。这为发展高效稳定常压射频辉光等离子体源技术及其在纤维表面改性技术方面的应用提供了理论基础和技术支持。