脉冲调制常压射频介质阻挡氩氧混合放电特性模拟研究

【作者】 刘慧； 李雪春； 王友年；

【机构】 大连理工大学；

【摘要】 近些年,大气压低温等离子体在薄膜生长、材料改性、半导体刻蚀、有害物质处理以及杀菌消毒等领域已经得到广泛应用,并且催生出了等离子体医学等新兴学科。而随着大气压低温等离子体在生物医学方面得到越来越多应用,研究人员发现,等离子体中的活性粒子在杀菌消毒、伤口愈合、癌细胞加速凋亡等应用中有重要作用,而其中起到关键作用的是活性氧粒子。掺氧气体大气压射频介质阻挡辉光放电可以产生大量的活性氧粒子,但是由于其过高的频率会导致放电不稳定,放电模式极易从辉光放电过渡到弧光放电。脉冲调制的射频大气压介质阻挡辉光放电有效地解决了放电强度与放电稳定性之间的矛盾,通过调节脉冲电源的占空比,实现了高强度且稳定的辉光放电。本文以氩氧混合气体为背景气体,针对脉冲调制射频容性放电过程,建立了自洽的一维流体模型,采用SG算法求解,对脉冲调制下的大气压射频介质阻挡氩氧混合辉光放电的脉冲稳定阶段进行了数值模拟研究.首先,保持氧气含量不变的条件下,研究了氩氧混合大气压介质阻挡放电的放电特性,包括放电电压、电流密度大小以及各粒子密度、电子温度和电场强度的空间分布。在其他放电条件不变的情况下,探讨了反应室运行条件(放电气隙间距、介质材料性质)对脉冲调制射频介质阻挡放电的影响。其次,研究了氧气浓度对放电特性的影响。主要包括氧气浓度对电流密度、各粒子密度、电子温度和电场场强的影响。随着氧气的增加,电子与氧分子的作用更为频繁,由于氧的吸附作用,空间中电子密度减小,与电子有关的化学反应变弱,电流密度以及电子温度和电场均出现下降。而不同氧浓度下,活性氧粒子的变化规律不同,本文系统分析了形成这种规律的原因。更多还原