常压氩氮射频容性放电冷等离子体的发射光谱诊断

《常压氩氮射频容性放电冷等离子体的发射光谱诊断》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、Fig.2Typicalopticalemissionspectruminran^eof300〜900nminAr/NiplasmadischargeS+HM01020304050W+1)如图2所示。从图中可以分辨出强烈的氮分子(C3/L)及氨原于(ArI)的谱线，在306〜310nm范圉内还町以看岀OH(A—X)谱带.这是由于氮气中含有很少比例的水蒸气，氨等离子体中的亚稳态Arm和水蒸气之间反应产生的(出0+ArmfOH+H+Ar)®】•在氨气/氮气放电中，山于与氯原子的两个亚稳念能级l$s(ll・5eV)和1$3(11・7eV)对应的能虽比氮的激发态N2(C3HU)的电位高，N2该激

2、发态的粒子布居数容易受到鉞原子在与N2碰撞时从亚稳态到基态跃迁时发生的能就转移的影响•因此，在鉉气屮掺人氮.由于激发态氫原子和氮分子的的碰憧导致发生能全转移，使得nncwq的粒子布居数随着掺杂比例变化，从而会相应的引起氮的发射谐线强度的变化.有关絃氮混合气体放电中.氮气分子的发射谱线强度随氮气流虽的变化的实验结果如图3所示.从图中可以看岀，输入功率保持一定时，逐渐增加氮气的流业，氮气分子的发射谱线强度杵先表现的是增加的趙势，在氮气流故为80ml.-min-*附近达到一个峰值后•减小。图中对应于不同发射谱线的三条曲线的变化旳势大致相同，其中与波长337.1nm对应的谱线峰值强度斑若氮气流鹹

3、的增加，变化幅度较大，受氮气流呈彩响比较大.Fig.3VariationofemissionintensityofNjexcitedstateversusnitrogenflowrateataninputpowerof150W由于在306〜310nm处叩以测到OH谱帯(A?才fxm为此采用了玻耳兹曼图解法w•叩来估算OH自由呈的转动温度。图4(a)中给出了电源的输入功率30W,氮气占氮氫混合气体流比中为0.5%时(范气流量为10L・min»),采用玻耳兹曼斜率法得到的转动温度值。图中使用玻耳兹曼斜率法估算出气体温度值为342K(约70-C).根据此方法，我们得到了不同功率下的气体温度值，

4、如图4(b)所示。从图中可以看出，气体温度随着输入功率的堆加而堆加，输入功半从30W增加到210W时，对应的气体温发从342K增加到523K,温度变化了180K。等离子体的气体温度是农征等离子体内部做无规则运动的粒F半均平动能的＜8度，等离子体温度越高.说明等离了•体内粒子的无规则运动越激烈。相应地，就/氮放电等离子体内各种粒子参与化学反应就越激烈。600](fe)存4(a)EstimationofrotationaltemperaturebyBoltzmannplottingand(b)plotofthegastemperatureversusinputpoweratanitroge

5、n-to-arRonratioof0.5%如文2.2节所述撮动温度是表征大气压射频辉光放电等离子体特性的审耍参数之一.为了得到较好分辨效果的氮分子谱线，我们测氮气分子的第二止带发射谱线时选用了光谱仪中2400G・mm-1的光册来测试・在输入功率为150W和氮气流虽为80mL・min-1条件下的实验结果如图5(a)所示。町以浦晰地分辨出三组顺序带组：心=一1(0—1,1-2),Av=—2(0—2,1—3*2—4)和Av=—3(0—3,1—4,2一5)・表1给出计算所用的参数.根据图5(a)中和表1中数据nJ得出计算所用的参lnCLvAA//).并以它们作为坐标轴作图并标记相应的实骏结果，如

6、图5(b)所示，图中lnB=ln(S/JV;)。由此可以做出山=一1(0—1,1一2),山=一2(0—2,1—3)和加=一3(0—3,1-4)的拟合直线,通过确定其斜率即可求得振动温度，经过如此计算得到的振动温度为1811K.图6给出了输入功率为150W条件下等离子体的振动温度随看掺入氮气含虽的变化规律。图中实验结果显示.在输入功率一定时，当掺入氮气的流就从30mL・min-*增加到140mL・min

7、时，振动温度在1738到1850K的范也内波动，变化幅度大大小于确定振动温度时的误差范围（在150K左右），因此我们认为振动温度随氨气含就的增加几£v./eVFig»5(a)Thespec

8、trumofthesecondpositivesystemofN2(C3n.-^B3/It>and(b)TypicalBoltzmannplotforvibrationtemperaturefitting乎不变.可以推测出随看氮气含呆的増加.对氮气分子的振动态能级上粒子数布居分布的影响很小。Fg6Plotofvibratioiitemperatureversustheflowrateofnitrogenunderthecondit