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射频大气压放电中OH自由基发射光谱测量气体温度的研究

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声明

1 绪论

1.1 射频大气压放电的研究背景和现状

1.2 气体温度测量方法

1.2.1 热电偶

1.2.2 中性粒子密度测量气体温度

1.2.3 光谱轮廓

1.2.4 分子的转动分布

1.2.5 方法比较和讨论

1.3 大气压等离子体发射光谱诊断

1.3.1 热力学平衡模型

1.3.2 光谱线形机制

1.3.3 气体温度测量

1.4 论文研究内容与安排

2 实验系统介绍

2.1 实验装置

2.2 放电系统

2.2.1 电路系统

2.2.2 气路系统

2.3 测量系统

2.3.1 ICCD和光谱仪

2.3.2 电压探头与电流探头

2.3.3 光路系统

3 实验结果

3.1 实验系统不稳定性对实验数据的影响

3.1.1 ICCD的不稳定性影响研究

3.1.2 放电系统对气体温度的影响

3.1.3 气体温度测量稳定性验证

3.2 OH转动谱线光强随放电功率的变化

3.3 Ar谱线光强与放电功率的关系

3.4 射频大气压放电模式转变中气体温度的测量

3.5 OH峰移对气体温度和模式转化的影响

3.5.1 OH发射光谱峰移随放电功率的变化

3.5.2 碰撞频移系数选择方法

3.5.3 计入碰撞频移,气体温度随放电功率变化和模式转化的研究

3.5.4 计入碰撞频移计算气体温度的可信性验证

3.6 进气方式对等离子体放电特性的影响

3.6.1 进气方式对气体温度的影响

3.6.2 进气方式对伏安特性曲线的影响

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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摘要

射频(Radio Frequency, RF)大气压辉光放电(Atmospheric Pressure Glow Discharge, APGD)具有运行成本低、击穿电压低、活性粒子密度高等优点,因此,广泛应用于材料表面处理、薄膜沉积、杀菌消毒、生物医学等领域。在大气压放电中,电子与中性粒子频繁碰撞,气体温升效应非常严重。气体温度影响击穿电压、粒子密度、放电模式转变等放电特性。气体温度也是工业应用的一个重要参数。对热敏材料处理、活性生物组织进行治疗时,气体温度需要控制在一定的范围之内。目前,有多种测量气体温度的技术,主要分为两种测量方式:侵入式和非侵入式。在射频大气压放电中,一般利用激发态的发射光谱测量气体温度,这种方法优点非侵入式、简便、灵敏度高。尽管已有的RF APGD研究工作揭示了,随着放电功率增加,放电模式由α模式转变为γ模式之后,气体温度保持不变,但其结果存在问题。  本研究主要内容包括:⑴等离子体放电刚击穿时,放电系统内部存在温升效应,需要待其达到热平衡之后,进行光谱数据测量。待放电系统稳定之后,研究了ICCD不稳定性和曝光量对背景噪声的影响。研究结果表明:ICCD中的探测器制冷至-25摄氏度时,系统未达到热平衡,需要等待约70分钟至其内部系统达到热平衡。ICCD达到热平衡后,曝光量对背景噪声也有影响。曝光量对背景噪声的影响主要是暗电流引起的,初次测量需要进行约十五次曝光,有效的降低了曝光量对背景噪声的影响。⑵在射频大气压放电中,随着放电功率增加,OH自由基发射光谱峰值发生单调蓝移。进一步分析可知,这种移动不是仪器误差,而是随着放电功率增加造成的碰撞频移。本实验采用LIFBASE拟合软件计算气体温度。不计入碰撞频移时,分别采用了两种方式计算气体温度:只在最小功率进行波长修正和每个功率下都进行波长修正。两种计算结果都出现问题:随着放电功率增加,气体温度反而降低,放电模式由α模式转化为γ模式之后,随着放电功率增加,气体温度保持不变。计入碰撞频移后,反常现象消失,最佳拟合温度对应的Chi-square误差值变化小,放电模式由α模式转变为γ模式之后,随着放电功率增加,气体温度增加。两种结果比较表明,在射频大气压放电中,采用OH自由基发射光谱测量气体温度时,必须要考虑碰撞频移。利用Ar发射光谱的谱线展宽验证了放电转变为γ放电模式之后,气体温度随放电功率变化的物理变化规律。结果表明:放电转变为γ放电模式之后,Ar谱线依然加宽,验证气体温度确实增加。⑶在不同的进气方式(进气孔与电极板平行和进气孔与电极板垂直)时分别测量了RF APGD中的电压、电流波形和OH自由基发射光谱,计算了对应的间隙电压、传导电流和气体温度。结果发现:当进气孔与电极板垂直时,气体温度比较高,放电更容易转变为γ放电模式。当气体吹向放电时,气体温度降低。

著录项

  • 作者

    曹慧蓉;

  • 作者单位

    大连理工大学;

  • 授予单位 大连理工大学;
  • 学科 等离子体物理
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 丁振峰;
  • 年度 2017
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 chi
  • 中图分类
  • 关键词

    等离子体,辉光放电,气体温度,光谱测量;

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