一种人体可接触的大气压低温等离子体射流装置研究(适合电气B方向)文献综述

 2021-11-08 22:17:34

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文 献 综 述

1. 大气压低温等离子体射流

虽然产生低温等离子体的方式有很多,但是采用气体放电方式产生的低温等离子体在技术上更容易控制和实现,因此,无论是在工业应用领域还是在实验研究方面,低温等离子体主要是这种方式产生。气体放电低温等离子体产生的主要方式有:电晕放电(Corona Discharge)、辉光放电(Glow Discharge)、弧光放电(Arc Discharge)、介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)和大气压等离子体射流(Atmospheric Pressure Pl-asma Jet, APPJ)等。其中,电晕放电较弱,产生的等离子体及其活性的效率低下,且发生在极不均匀电场中,场强区域狭小,无法实现大规模应用;辉光放电具有较高的电子能量,通常在低气压下容易实现,因此需要高成本的真空装置,在实际应用中,一般采取批次处理,难以满足大规模工业需求;而弧光放电产生的等离子体的宏观温度较高,而高温的烧灼使反应器寿命缩短,因此弧光放电对反应器的耐热提出了较高的要求; DBD能够产生高能量密度的等离子体,电气运行参数的范围宽,产生方式多种多样,且可在大气压下产生,无需真空系统。近年来大气压等离子射流(APPJ)由于在聚合物表面的改性,电磁波的吸收和反射,生物与化学等新型方面的应用而备受关注。

大气压等离子体射流(APPJ)作为一种新型的等离子体源,是利用气流和电场的作用将放电区域产生的等离子体从喷管或孔口中喷出,在无固体边界约束的外界气体环境中作朝向工作区域的定向流动,实现了放电区域与工作区域分离的同时,保证了大部分活性物种和载能带电粒子能够输运到所处理的物体表面,射流放电能够在大气压下产生稳定的大体积、高能量密度的低温等离子体。相对于当前工业生产中普遍采用的需要配备昂贵真空设备的低压辉光放电等离子体来说,大气压低温等离子体射流是近年来兴起的一种新的大气压低温等离子体放电技术,是目前国际上等离子体科学与工程领域的研究热点之一,和传统方法相比,大气压冷等离子体射流表面处理具有操作简单、成本低廉、无废弃物、无污染等显著优点,特别是在温度敏感材料(如生物材料),复杂形状工件等的表面处理方面,更是显示出了独特的技术优势。

目前等离子体射流采用的电极结构主要有针电极结构,环电极结构,环环电极结构,针环电极结构,管板电极结构和DBD结构等,如图1所示。

(a)环电极结构 (b)针电极结构 (c)针环电极结构 (d)环环电极结构

图1 典型射流结构

2.射流的放电特性及测量方法

在实际应用中,如何选择合适的放电条件,从而提高放电的效率,是当前工业应用和研究中普遍关心的问题。通常情况下,人们通过测量射流放电的电压电流、Lissajous图形和发光图形、发射光谱等来说明其放电特性。

放电电压波形由高压探头测得,放电电流由串联在放电回路中的无感电阻R测得。放电空间传输的电荷通过在放电回路上串联一个测量电容C获得,Lissajous图形则是通过将高压探头测得反应器上的电压和C两端的电压分别加在数字示波器的x-y轴得到。测量得到的电压、电流波形及Lissajous图形由数字示波器记录。放电的发光图像通过数码相机拍摄得到。发射光谱由光谱仪测得,通过连接的计算机采集并存储数据。

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