实验研究大气压多脉冲辉光放电的模式和机理

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1、第５９卷第４期２０１０年４月物理学报Ｖｏｌ．５９，Ｎｏ．４，Ａｐｒｉｌ，２０１０１０００３２９０／２０１０／５９（０４）／２６１００７ＡＣＴＡＰＨＹＳＩＣＡＳＩＮＩＣＡ２０１０Ｃｈｉｎ．Ｐｈｙｓ．Ｓｏｃ．实验研究大气压多脉冲辉光放电的模式和机理郝艳捧阳林涂恩来陈建阳朱展文王晓蕾（华南理工大学电力学院，广州５１０６４０）（２００９年３月３０日收到；２００９年７月１６日收到修改稿）采用稍不平行电极进行大气压Ｈｅ气介质阻挡多脉冲辉光放电实验，通过增强电子耦合器件相机短时曝光照片，研究大气压多脉冲辉光放电在不同时刻的放电模式．通过气

2、隙放电电流、表面电荷计算，理论分析了表面电荷、空间电荷、外加电压与气隙电场强度的关系，研究大气压辉光放电形成多脉冲的机理．实验结果表明，放电首先在间隙稍窄的电极左端开始；在第一个脉冲电流峰值，电极右端也开始放电；第一个电流脉冲经历了Ｔｏｗｎｓｅｎｄ放电到辉光放电的过程；电流脉冲之间的时间内，间隙一直维持着微弱的辉光放电；随后的每个电流脉冲均是辉光放电．理论分析表明，大气压辉光放电的多个电流脉冲是表面电荷、空间电荷与外加电压共同演化的结果；除放电伊始出现Ｔｏｗｎｓｅｎｄ放电外，同一半周期内的放电电流脉冲中不会再出现Ｔｏｗｎｓｅｎｄ放电．

3、关键词：介质阻挡放电，增强电子耦合器件，大气压辉光放电，多脉冲ＰＡＣＣ：５１５０，５２８０Ｈ，５２７０Ｋ，５２７０Ｄ最近发现，在一定条件下，如０５ｍｍ间隙中，１引言大气压Ｈｅ气ＤＢＤ中还存在另外一种均匀放电形式，放电在外加电压每半个周期内形成多个电流脉近年来，低温等离子体在材料改性、薄膜生长、冲［１２—１９］，又称为伪辉光放电［１５］．等离子体显示等领域得到越来越广泛的应用，显示对于大气压Ｈｅ气介质阻挡辉光放电形成多脉出优越的经济和环保效益［１，２］．大气压下介质阻挡冲的原因，Ａｋｉｓｈｅｖ等［１２］利用数值模型将多脉冲的放电（ｄ

4、ｉｅｌｅｃｔｒｉｃｂａｒｒｉｅｒｄｉｓｃｈａｒｇｅ，简记为ＤＢＤ）很容形成归因于辉光放电阴极压降区的负差率阻抗．易产生低温等离子体．但是，由于工作气体、电极结Ｇｏｌｕｂｏｖｓｋｉｉ等［１３］通过数值计算认为，多脉冲放电是构、外加电压等实验条件不同，大气压ＤＢＤ表现为Ｔｏｗｎｓｅｎｄ放电，并且多脉冲是由于阳极附近离子的不同的放电模式［３，４］，如丝状放电［５，６］、辉光放产生与随后的阴极离子电子发射之间的延迟造成电［７—１０］、Ｔｏｗｎｓｅｎｄ放电［８－１０］和多脉冲放电［１１—１９］等．的．有人指出Ａｋｉｓｈｅｖ和Ｇｏｌｕｂｏｖｓｋ

5、ｉｉ等的研究使问在合适的条件下，大气压Ｈｅ气ＤＢＤ通常表现题变得过于复杂，指出只要外加电压足够高就会形为在外加电压每半个周期内仅有一个电流脉冲，放［１１］成多个放电电流脉冲．电空间类似于低气压辉光放电的结构［７，１１］，常称为［１４］通过分段电极研究发现，在径向大气压辉光放电（Ｍａｎｇｏｌｉｎｉ等ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｇｌｏｗ不同位置上，放电电流脉冲首先从电极中心开始出ｄｉｓｃｈａｒｇｅ，简记为ＡＰＧＤ）．Ｍａｓｓｉｎｅｓ和清华大学通过纳秒级曝光时间的高速（ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄｃｈａｒｇｅｃｏｕｐｌｅ现，通过放电脉

6、冲过程中的电场强度和阻挡介质表面电荷的演变过程分析发现，不均匀的阻挡介质表ｄｅｖｉｃｅ，简记为ＩＣＣＤ）相机研究表明，随着电流增大，Ｈｅ气ＡＰＧＤ由非自持放电向Ｔｏｗｎｓｅｎｄ放电转面电荷使得第二个电流脉冲首先在电极边缘附近化，最后到辉光放电［８，９］；清华大学还研究指出单脉击穿．文献［１１］采用一维流体模型数值模拟了多脉冲辉光放电从电极中央开始，并逐渐沿径向往外冲辉光放电的产生，并对这一现象给出了并不复杂发展［１０］．的解释：当被考虑为电容的固体介质被放电电流充国家自然科学基金（批准号：５０８０７０１８）、全国优秀博士论文作者专项

7、基金（批准号：２００５４１）和高等学校博士学科点专项科研基金（批准号：２００８０５６１１０５６）资助的课题．通讯联系人．Ｅｍａｉｌ：ｌｉｎ．ｙｂ＠ｍａｉｌ．ｓｃｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ４期郝艳捧等：实验研究大气压多脉冲辉光放电的模式和机理２６１１电后，减小了气隙电压，放电熄灭；随后，气隙电压随外加电压升高．只要外加电压足够高，第二次击３．实验结果穿就会发生，出现第二个电流脉冲．大气压多脉冲辉光放电的放电模式和形成机大气压Ｈｅ气介质阻挡电极条件下，当外加电［１３］压的频率为１１８５ｋＨｚ，峰值为３１８ｋＶ时，形成三理仍没有定论．本文采

8、用稍不平行电极，通过脉冲放电，测量的回路电流如图２所示．ＩＣＣＤ相机拍摄多脉冲辉光放电脉冲各时刻的短时曝光照片，研究各个放电电流脉冲以及脉冲之间的放电模式，结合气隙放电电流、阻挡介质表面电荷仿真计算，分析阻挡介质表面电荷