.word可编辑.第19卷第2期佳木斯大学学报(自然科学版Vol.19No.22001年6月JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEditionJune.2001文章编号:1008-1402(200102-0125-05①常压辉光放电的建立及其特性实验研究史庆军,顾彪,邓祥(大连理工大学电气工程与应用电子技术系,辽宁大连116023摘要:常压辉光放电(APGD是新近发展起来的一种等离子体源,与低气压辉光放电相比更具有工业应用前景.本文详细介绍我们实验室在大气压条件下建立的均匀稳定、介质垒控制的辉光放电等离子体发生装置.该放电发生器采用频率为10kHz和20kHz高压电源,平板电极结构,电极覆盖绝缘层,间隙2~3mm,可在多种气体环境下稳定运行.放电电流波形和电压-电荷李萨如图形的测量充分表明它确实是常压下的均匀辉光放电.关键词:气体放电;常压辉光放电(APGD;等离子体中图分类号:O461;O531文献标示码:A0问题的提出近一、二十年来,气体放电在微电子技术、激光、材料的改性和合成等高新技术的发展中起着相当重要的作用.外加电场可以有效地把能量直接传递给反应体系中的气体原子,促使气体被击穿和电离,是人们广泛采用的一种直接、有效获得等离子体的方法.迄今,人们在实验室和生产实践中研究了各种各样的气体放电形式.典型的气体放电形式及参数如表1所示.表1典型的气体放电种类及其相关参数[1],[2].专业.专注..word可编辑.类别气压电子浓度电子平均能量气体温度电场强度P(Torrne(cm-3(evTg(KE(Vcm弧光放电>100>1014~1~104<20辉光放电<100109~10122~8~7×10250~10000电晕放电>100<106<3~4×102~2×104介质阻挡放电>1001014~10151~103102103~105由该表可以看出,辉光放电和介质阻挡放电(DBD是具有较高电子能量的非平衡等离子,非常适合工业化应用.但是辉光放电目前还只能在低压下才能获得,并需要有真空系统和具有严格密封的真空罩反应器,工艺过程复杂,能耗大,成本高,难以实现流水化作业,将其应用于市场极其广阔的产业-如薄膜与织物的表面改性时受到了很大的限制.例如,Rakowski.W[3]曾采用低气压辉光放电等离子体(2~6torr成功地实施了对羊毛条的改进,其能耗比氯化处理工艺(7kwhkg羊毛降低了10~20倍,而且节水,无有毒气体与污染物排放,但由于上述原因而未能获得实用.介质阻挡放电是近十年来发展起来的一种放电形式,由于能在常压下运行而在臭氧合成、环境保护、聚合材料的表面改性等方面获得了广泛应用.通常在高气压(≥0.1MPa,电极间距d>0.1mm时,介质阻挡放电击穿被认为是主要机制[4].这是一种高气压下的非平衡放电,其电极结构特征是它的电极(至少有一个被绝缘介质层所覆盖.放电空间的带电粒子在电场作用下的电子繁流和迁移运动使带电粒子沉积①收稿日期:2001-5-8基金项目:国家自然科学基金资助项目(项目号100075010.专业.专注..word可编辑.作者简介:史庆军(1966—,男,黑龙江穆棱人,佳木斯大学信息电子技术学院讲师,大连理工大学硕士研究生.在绝缘介质层上,所形成的壁电荷抵消了外电场,并使电子繁流猝灭,因此这是一种放电着火又猝灭的暂态过程.从而,在电极间形成大量的电流细丝通道,即微放电.每个微放电寿命<10ns,圆柱状细丝的半径约为0.1mm,平均看来貌似均匀的辉光放电.但是值得注意的是,介质阻挡放电具有较高的能量密度[5],虽然在材料表面改性工业化中具有低气压辉光放电无法比拟的优点,但是在化纤织物与薄膜的改性实验中,我们发现电流细丝对织物表面的刻蚀作用很强烈,控制不当极易造成损伤[6].因此,研究开发一个大气压下工作的,均匀稳定大面积常压辉光放电等离子体(APGD是一个颇具理论和实用价值的课题.据科技情报查询,国内至今尚未见对常压辉光放电等离子体及其应用研究的报道.一般认为,辉光放电等离子体只能在低气压(几torr状态下才能产生.这是因为在低气压下,气体压强与放电间隙的乘积pd值很小,即使折合击穿电场En很高,电子也无法经历足够次碰撞以使电子雪崩达到足够大,空间电荷场的幅度也比高气压情况下的小,这样离子将有足够时间向阴极运动,从阴极表面激发出二次电子.因此通常获得的是汤生放电或辉光放电.对常压辉光放电的研究有很长的历史了.1933年VonEngle等[7]研究了在低气压H2条件下引燃再过渡到常压的辉光放电等离子体特性,但由...