大氣壓均勻介質阻擋放電的實驗研究及其對丙綸無紡布的表面改性.pdf

1、大氣壓均勻介質阻擋放電(HDBD)由于其諸多的優(yōu)異特點，例如：放電均勻、功率密度合適，可避免加熱或損傷工件表面，低能耗，干式處理低污染，其設備不需要真空系統(tǒng)，造價低廉，可實現在線連續(xù)生產等，在近幾年，已成為等離子體應用的研究熱點。本論文實驗研究了大氣壓HDBD的產生、機理和應用。主要研究結果如下：
　　 1.系統(tǒng)地研究了帶有多電流峰的大氣壓氦氣HDBD的放電特性。研究結果表明：較窄的氣體間隙、較高的外加電壓和較低的驅動頻率有利于

2、多電流峰放電的形成。隨著外加電壓的增加、氣體間隙或者驅動頻率的減少，在外加電壓每半個周期內，第一次擊穿所需要的外加電壓逐漸降低，電流脈沖的振幅呈準單調遞減；且每個電流脈沖的擊穿電壓不同，后一個電流脈沖的擊穿電壓總是受前一個電流脈沖的影響。其次，輝光放電模式和湯森放電模式可以共存于一個多電流峰放電序列內，且隨著外加電壓的增加、氣體間隙或者驅動頻率的減少，放電脈沖逐漸從輝光放電模式過渡到湯森放電模式。另外，前半周期放電結束后介質板上的積累電

3、荷是產生多電流峰放電的先決條件，而不均勻的徑向電荷分布對多電流放電的產生起著促進作用。且由介質板上積累電荷引起的記憶電壓，在一個多電流峰放電序列的早期促進放電，而在晚期抑制放電。再者，在維持大氣壓氦氣HDBD不熄滅的條件下，隨著充入的氮氣、氧氣或二氧化碳含量的增加，在外加電壓每半個周期內電流峰的個數不斷增加，并且均勻放電最終轉化為絲狀放電。
　　 2.對于阻抗匹配和紫外燈輻射預電離對大氣壓氮氣和空氣介質阻擋放電(DBD)的作用進

4、行了實驗探索。實驗結果表明：對于大氣壓氮氣，在電源和等離子體反應器之間增加阻抗匹配網絡或者使用紫外燈照射后，當氣體間隙為3 mm時，放電從絲狀放電轉化為均勻放電。而對于大氣壓空氣，當使用紫外燈照射后，即使氣體間隙減小到1 mm，放電仍不能從絲狀放電轉化為均勻放電，但是，對于一定的氣體間隙和驅動頻率，使用紫外燈輻射預電離時，其外加電壓的峰峰閾值有不同程度的降低。另外，在電源和等離子體反應器之間增加阻抗匹配使放電從絲狀放電轉化為均勻放電后，

5、保持驅動頻率和氣體間隙不變，隨外加電壓峰峰值的增加，當放電面積沒有鋪滿整個電極時，放電電流和放電功率的增加非常緩慢；但當放電面積鋪滿整個電極后，放電電流和放電功率則快速線性增加。而保持外加電壓和氣體間隙不變，實驗所得到的最佳匹配頻率和Chen給出的理論計算結果存在差異。所以，我們認為在應用Chen等人給出的匹配公式時，應根據實際的放電狀況來確定匹配參數。
　　 3.對大氣壓氦氣和氬氣多電流峰放電及大氣壓氮氣HDBD的動力學行為進

6、行了實驗研究。研究結果表明：可根據放電電流增長階段放電脈沖的伏安特性曲線的微分電導的正負來判斷大氣壓HDBD的放電模式，如果放電脈沖的伏安特性曲線的微分電導呈現為負微分電導，則此電流脈沖為輝光放電模式，如果呈現為正微分電導，則為湯森放電模式。其次，大氣壓氦氣多電流峰放電的三維動力學軌跡為帶有回旋的有限周期，并且經歷一系列分歧過程；而大氣壓氮氣HDBD的三維動力學軌跡為沒有回旋的有限周期，也沒有經歷任何分歧過程。再者，氣體的第一電離系數在

7、決定大氣壓HDBD的放電模式和模式轉化上起著非常重要的作用。對于具有較高第一電離系數的氣體，尤其是氦氣，相對介電常數很高的介質板有可能使得大氣壓HDBD的動力學穩(wěn)定性變差。
　　 4.對大氣壓DBD對丙綸熔噴無紡布的表面處理進行了初步的實驗研究。研究結果表明：丙綸無紡布經等離子體處理很短的時間(幾秒)后，就可以較好的改善其表面親水性。X射線光電子能譜，傅里葉變換紅外反射光譜和掃描電子顯微鏡的進一步測試分析表明，丙綸無紡布經大氣壓

8、氮氣DBD等離子體處理后，表面出現脫氫現象的同時，在其表面引入大量的含氧和含氮官能團，主要為酰胺基、羧基羥基和銨鹽基團，并且表面出現明顯的粘連、刻蝕、斷裂等物理過程，使得纖維表面粗糙度增加。這些物理化學過程使得丙綸無紡布表面的親水性得到了改善，但是，在空氣中放置后，其處理效果具有時效性。其次，當固定等離子體對丙綸無紡布的處理時間時，表面水接觸角隨外加電壓峰峰值的增加，先是迅速減少，然后達到飽和，這說明丙綸無紡布經等離子體處理時，需要選擇