大氣壓均勻介質(zhì)阻擋放電的實(shí)驗(yàn)研究及其對丙綸無紡布的表面改性.pdf

1、大氣壓均勻介質(zhì)阻擋放電(HDBD)由于其諸多的優(yōu)異特點(diǎn)，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(shè)備不需要真空系統(tǒng)，造價低廉，可實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)生產(chǎn)等，在近幾年，已成為等離子體應(yīng)用的研究熱點(diǎn)。本論文實(shí)驗(yàn)研究了大氣壓HDBD的產(chǎn)生、機(jī)理和應(yīng)用。主要研究結(jié)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(jié)果表明：較窄的氣體間隙、較高的外加電壓和較低的驅(qū)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(qū)動頻率的減少，在外加電壓每半個周期內(nèi)，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(zhǔn)單調(diào)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(nèi)，且隨著外加電壓的增加、氣體間隙或者驅(qū)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(jié)束后介質(zhì)板上的積累電

3、荷是產(chǎn)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(chǎn)生起著促進(jìn)作用。且由介質(zhì)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(jìn)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?dú)?、氧氣或二氧化碳含量的增加，在外加電壓每半個周期內(nèi)電流峰的個數(shù)不斷增加，并且均勻放電最終轉(zhuǎn)化為絲狀放電。
　　 2.對于阻抗匹配和紫外燈輻射預(yù)電離對大氣壓氮?dú)夂涂諝饨橘|(zhì)阻擋放電(DBD)的作用進(jìn)

4、行了實(shí)驗(yàn)探索。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：對于大氣壓氮?dú)?，在電源和等離子體反應(yīng)器之間增加阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)或者使用紫外燈照射后，當(dāng)氣體間隙為3 mm時，放電從絲狀放電轉(zhuǎn)化為均勻放電。而對于大氣壓空氣，當(dāng)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(zhuǎn)化為均勻放電，但是，對于一定的氣體間隙和驅(qū)動頻率，使用紫外燈輻射預(yù)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(yīng)器之間增加阻抗匹配使放電從絲狀放電轉(zhuǎn)化為均勻放電后，

5、保持驅(qū)動頻率和氣體間隙不變，隨外加電壓峰峰值的增加，當(dāng)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(dāng)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(shí)驗(yàn)所得到的最佳匹配頻率和Chen給出的理論計算結(jié)果存在差異。所以，我們認(rèn)為在應(yīng)用Chen等人給出的匹配公式時，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的放電狀況來確定匹配參數(shù)。
　　 3.對大氣壓氦氣和氬氣多電流峰放電及大氣壓氮?dú)釮DBD的動力學(xué)行為進(jìn)

6、行了實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明：可根據(jù)放電電流增長階段放電脈沖的伏安特性曲線的微分電導(dǎo)的正負(fù)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(dǎo)呈現(xiàn)為負(fù)微分電導(dǎo)，則此電流脈沖為輝光放電模式，如果呈現(xiàn)為正微分電導(dǎo)，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(xué)軌跡為帶有回旋的有限周期，并且經(jīng)歷一系列分歧過程；而大氣壓氮?dú)釮DBD的三維動力學(xué)軌跡為沒有回旋的有限周期，也沒有經(jīng)歷任何分歧過程。再者，氣體的第一電離系數(shù)在

7、決定大氣壓HDBD的放電模式和模式轉(zhuǎn)化上起著非常重要的作用。對于具有較高第一電離系數(shù)的氣體，尤其是氦氣，相對介電常數(shù)很高的介質(zhì)板有可能使得大氣壓HDBD的動力學(xué)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(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明：丙綸無紡布經(jīng)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(jìn)一步測試分析表明，丙綸無紡布經(jīng)大氣壓

8、氮?dú)釪BD等離子體處理后，表面出現(xiàn)脫氫現(xiàn)象的同時，在其表面引入大量的含氧和含氮官能團(tuán)，主要為酰胺基、羧基羥基和銨鹽基團(tuán)，并且表面出現(xiàn)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(xué)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(dāng)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(dá)到飽和，這說明丙綸無紡布經(jīng)等離子體處理時，需要選擇