高壓脈沖輔助大氣壓射頻輝光放電數(shù)值模擬研究.pdf

1、大氣壓射頻輝光放電是一種產生等離子體的有效方法，它具有低成本(無需昂貴的真空設備)、均勻性好以及產生等離子體密度高等優(yōu)點。其在表面改性、材料合成和生物殺毒等領域內具有廣泛的潛在應用。然而，在實際應用中由于射頻放電的不穩(wěn)定性導致其應用前景受到限制。相比射頻放電,脈沖放電在放電期間具有更高的電子產生率,電子平均能量和表面處理效率等優(yōu)點。為了結合兩者的優(yōu)點,我們在射頻輝光放電中引入一個高壓脈沖，以獲得放電強度高而且穩(wěn)定的輝光放電。目前對于高壓

2、脈沖輔助下的射頻輝光放電的放電機理,放電動力學過程以及脈沖參數(shù)對射頻放電特性影響的研究還有待深入。
　　本論文以氦氣為放電氣體,利用數(shù)值模擬對大氣壓下的高壓脈沖輔助大氣壓射頻輝光放電進行了較為系統(tǒng)的研究。首先利用自洽流體模型建立了一維大氣壓下的高壓脈沖輔助無介質射頻輝光放電模型和一維大氣壓下的高壓脈沖輔助介質阻擋射頻輝光放電模型,通過對放電的宏觀參量，包括外加電壓、氣體電壓和電流密度的分析,發(fā)現(xiàn)在高壓脈沖在極板附近產生強電場，出現(xiàn)

3、放電電流峰值。脈沖放電熄滅后，放電電流值下降很快而電子密度的下降緩慢，脈沖放電對帶電粒子密度的增強效果可以持續(xù)至射頻放電階段。無介質脈沖輝光放電中僅有一個電流密度峰值出現(xiàn),而在介質阻擋脈沖輝光放電中有兩次電流峰值出現(xiàn)，第一次發(fā)生在脈沖上升沿階段,第二次發(fā)生在脈沖下降沿階段。另外，通過對電子密度時空演化規(guī)律的分析,得到了在無介質脈沖放電和介質阻擋放電中,電子都被保持在主等離子體區(qū)。在兩種放電中對電子平均能量的時空演化規(guī)律的分析表明：由于鞘

4、層區(qū)域內存在的強電場強度，加速了電子與離子的運動，使電子能量增加。電子能量最大值出現(xiàn)在極板附近，遠高于主等離子區(qū)。
　　為了更深入的了解高壓脈沖輔助大氣壓射頻輝光放電的機理,研究了不同脈沖參數(shù)(脈沖電壓幅值，脈沖寬度，脈沖升降沿和脈沖關閉與射頻開啟的時間間隙)下的無介質放電和介質阻擋輝光放電對于放電效果的影響。對不同電壓脈沖特性的研究顯示，放電電流和電子密度峰值隨著脈沖電壓的增強而升高；通過對不同脈寬放電的放電特性分析，發(fā)現(xiàn)脈寬幾