光谱诊断脉冲下DBD转动温度

【作者】 董攀； 李杰； 李喜； 谢宇彤； 龙继东； 章林文；

【机构】 中国工程物理研究院 流体物理研究所；

【摘要】 介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)近年来在工业上应用广泛,如表面处理、清洁、杀菌、刻蚀等。DBD可直接工作在大气下,不需要昂贵的真空环境,工业应用前景非常吸引人。DBD既可在直流或交流电源下工作,也可在脉冲电源下工作。由于DBD工作气压高,在直流或交流下工作时,放电比较剧烈,容易对产品产生损伤;而且放电真正持续时间只有百ns,相当长时间内电源其实并没有维持放电,效率比较低。所以,脉冲电源下的DBD开始发展起来。脉冲电源可控制DBD电极间的放电处于辉光放电阶段,气体温度比较低,不会对产品产生损伤,而且可以产生大面积均匀放电。在DBD应用中,气体温度是一个比较重要的参数,因为它决定着DBD是否会对产品产生损伤。在大气压下,气体分子之间的碰撞非常频繁,转动激发态的弛豫时间远小于辐射时间,所以可认为气体分子的转动温度和气体温度达到了平衡,两者相等。所以,本文采用转动温度来表示气体温度,转动温度由发射光谱法得到。发射光谱法不会对等离子体产生干扰,可原位测量,在等离子体诊断中得到了广泛的应用。本文测量了DBD在不同电压、频率和电极间距下转动温度的变化。整个放电过程中,转动温度介于390K～500K之间。当电压增加时,转动温度反而降低。这是因为电压增加时,放电剧烈,碰撞更加频繁,电子数量增多,电子温度反而降低,从而转动温度降低。当电源频率比较低时,DBD放电开始是丝状放电,等离子体不均匀,电极边缘的细丝使测量得到的转动温度比较高;当频率增加到一定值后,放电开始均匀,转动温度有所降低但基本不变;当频率更高后,由于电介质上残留的电荷来不及消散,叠加在后续电压上,使电场强度增大,转动温度又开始增加。当电极间距比较小时,放电均匀,随着间距增加,电场强度变弱,转动温度降低,而当间距更大后,放电开始出现细丝,转动温度开始增加。该结果对DBD的工业应用具有一定的参考价值。更多还原