大气压均匀放电对于等离子体表面改性技术的工业化应用是至关重要的。我们研究了在多种气体中(氦气、氮气、氩气+空气、空气)实现大气压介质阻挡均匀放电的条件及机理,实验表明氦气中很容易实现均匀放电(汤森放电过渡到辉光放电),氮气在一定条件下(小于3mm的短气隙、气体流动、一定的外加电压频率和幅值)可以实现汤森放电,而其它气体中均为细丝放电。在氦气和氮气均匀放电中,亚稳态粒子在提供放电种子电子方面都起了重要作用。前者为氦原子亚稳态和杂质氮分子的彭宁电离,后者为氮分子亚稳态使得阻挡介质表面吸附电子的去吸附。利用两种气体中存在的汤森放电,对电子碰撞电离系数进行了测量。有许多方法(如紫外照射、选择表面浅位阱多的阻挡介质、丝网电极铺盖PET薄膜、气流、减小外加电压的上升时间)可以改善空气放电的均匀性,但它们都不足以实现真正的均匀放电。我们对大气压氦气、氮气、氩气中放电过程进行了一维和二维的数值模拟,对放电中的复杂动力学特性、亚稳态粒子作用、倍周期分岔及混沌、中心环空间结构等进行了研究。另外,我们还研究了大气压气体中射频放电、等离子体射流、微波等离子体炬,初步探索了介质阻挡放电等离子体的表面改性技术。
英文主题词dielectric barrier discharge, atmospheric pressure glow discharge, Townsend discharge, surface modification