DBD介質(zhì)阻擋放電的演變過程淺析
文章導(dǎo)讀：通過在一個電流脈沖期間，對氣隙側(cè)面放電圖像的研究，可以對DBD介質(zhì)阻擋放電的演變過程有一了解。
通過在一個電流脈沖期間，對氣隙側(cè)面放電圖像的研究，可以對DBD介質(zhì)阻擋放電的演變過程有一了解。下圖所示為大氣壓氦氣介質(zhì)阻擋均勻放電的一個電流脈沖期間連續(xù)拍攝的六幅曝光時間均為20ns的放電圖像。若以電流脈沖峰值時刻為時間參考點t=0，則圖a-f的拍攝時刻分別為-460ns、-260ns、-140ns、-60ns、0和80ns。
上圖反映出，在放電初期，靠近陽極處有一個非常微弱的發(fā)光層，而伴隨著放電的進行，該亮層逐漸擴展到整個間隙，并且逐漸在靠近陰極的區(qū)域形成一個明亮的發(fā)光層。這種氣隙中放電光強分布的演變過程代表著放電模式的演化過程。當(dāng)對上圖中各放電圖像分別橫向求均值，得到氣隙中放電光強沿軸向的分布，如下圖所示，由此便可展開對放電模式演變過程的分析。
1.放電從湯生放電開始
放電前氣隙中電場可以近似為均勻電場。在放電起始階段，放電很弱致使空間電荷場可忽略不計，氣隙中電場仍保持均勻分布。氣體中電子的平均自由行程反比于氣體分子的數(shù)密度N，電子的平均動能與約化電場E/N成正比。當(dāng)氣隙中氣體密度和電場都是均勻分布時，氣隙中各處電子的平均動能是相同的，這也意味著氣隙中各處電子的碰撞激發(fā)能力相同。因此，氣隙中電子越多的地方發(fā)光越強，即放電光強分布I(x)正比于電子密度分布ne(x)。在均勻電場中的湯生放電，電子密度可以用如下公式來表示：
放電前氣隙中電場可以近似為均勻電場。在放電起始階段，放電很弱致使空間電荷場可忽略不計，氣隙中電場仍保持均勻分布。氣體中電子的平均自由行程反比于氣體分子的數(shù)密度N，電子的平均動能與約化電場E/N成正比。當(dāng)氣隙中氣體密度和電場都是均勻分布時，氣隙中各處電子的平均動能是相同的，這也意味著氣隙中各處電子的碰撞激發(fā)能力相同。因此，氣隙中電子越多的地方發(fā)光越強，即放電光強分布I(x)正比于電子密度分布ne(x)。在均勻電場中的湯生放電，電子密度可以用如下公式來表示：
其中，x是與陰極的距離；n0是從陰極出發(fā)的電子密度?？梢?，隨著與陰極距離的增大，氣隙中放電發(fā)光強度將指數(shù)增大，并在靠近陽極處達到zui強。這種湯生放電的光強分布正是我們在側(cè)面放電圖像中所看到的。
2.放電從湯生放電向輝光放電過渡
通過比較光強分布圖中曲線a和b右側(cè)光強峰值位置，即側(cè)面放電圖像中a和b的陽極區(qū)亮層位置，我們發(fā)現(xiàn)該亮層以2.2mm/μs的速度向陰極方向移動，它用200ns時間移動了大約0.44mm。隨著亮層逐漸向陰極移動，發(fā)光區(qū)域不斷擴展，并逐漸充滿了整個氣隙中央?yún)^(qū)域，見光強分布圖中的曲線c。隨著放電的進行，正離子團更接近陰極，zui終在它和陰極之間形成一個強電場區(qū)，即所謂的陰極位降區(qū)。
2.放電從湯生放電向輝光放電過渡
通過比較光強分布圖中曲線a和b右側(cè)光強峰值位置，即側(cè)面放電圖像中a和b的陽極區(qū)亮層位置，我們發(fā)現(xiàn)該亮層以2.2mm/μs的速度向陰極方向移動，它用200ns時間移動了大約0.44mm。隨著亮層逐漸向陰極移動，發(fā)光區(qū)域不斷擴展，并逐漸充滿了整個氣隙中央?yún)^(qū)域，見光強分布圖中的曲線c。隨著放電的進行，正離子團更接近陰極，zui終在它和陰極之間形成一個強電場區(qū)，即所謂的陰極位降區(qū)。
如光強分布圖中的曲線d所示，我們在靠近陰極處看到了一個明亮的發(fā)光層。如果仔細觀察放電圖像，尤其是光強分布圖中的曲線f，我們可以看到氣隙中光強從上到下呈現(xiàn)明暗相間的分層結(jié)構(gòu)：zui上面是靠近陽極的暗層，然后是相對亮層，接著又是一個暗層，zui下面是靠近陰極的明亮層。這種明暗相間的分層光強分布是輝光放電的典型特征，這些層分別是陽極暗區(qū)、等離子體正柱區(qū)、法拉第暗區(qū)、負輝光區(qū)。因此，這表明放電已經(jīng)從湯生放電過渡到了輝光放電階段。
3.放電停止在亞正常輝光放電
側(cè)面放電圖的d~f圖像中在靠近陰極處都存在一個明亮的發(fā)光層——負輝光區(qū)，它們對應(yīng)光強分布圖中曲線d~f左側(cè)的尖峰，我們將此尖峰稱為負輝光峰。負輝光峰的位置減小到0.4mm后就幾乎不再減小了，這意味著陰極位降區(qū)長度dc大約為0.4mm，遠大于正常輝光放電對應(yīng)的陰極位降區(qū)長度。
因此，放電并沒有充分發(fā)展到正常輝光放電，而是停止在亞正常輝光放電。其原因在于：在DBD中，放電電流對阻擋介質(zhì)充電，使得介質(zhì)上電壓迅速升高，氣隙電壓隨之迅速下降直至不足以維持放電，放電熄滅。阻擋介質(zhì)的存在，使得放電僅發(fā)展到亞正常輝光放電階段就熄滅了。
普樂斯電子10年專注研制等離子清洗機，等離子清洗設(shè)備，等離子表面處理機，等離子表面處理設(shè)備，已通過ISO9001質(zhì)量體系和歐盟CE認證，為電子、半導(dǎo)體、汽車、yi療等領(lǐng)域的客戶提供清洗，活化，刻蝕，涂覆的等離子表面處理解決方案，是行業(yè)內(nèi)值得信賴的等離子清洗機廠家。如果您想要了解更多關(guān)于產(chǎn)品的詳細內(nèi)容或在設(shè)備使用中有疑問，歡迎點擊普樂斯的在線客服進行咨詢，或者直接撥打全國統(tǒng)一服務(wù)熱線400-816-9009，普樂斯恭候您的來電！
側(cè)面放電圖的d~f圖像中在靠近陰極處都存在一個明亮的發(fā)光層——負輝光區(qū)，它們對應(yīng)光強分布圖中曲線d~f左側(cè)的尖峰，我們將此尖峰稱為負輝光峰。負輝光峰的位置減小到0.4mm后就幾乎不再減小了，這意味著陰極位降區(qū)長度dc大約為0.4mm，遠大于正常輝光放電對應(yīng)的陰極位降區(qū)長度。
因此，放電并沒有充分發(fā)展到正常輝光放電，而是停止在亞正常輝光放電。其原因在于：在DBD中，放電電流對阻擋介質(zhì)充電，使得介質(zhì)上電壓迅速升高，氣隙電壓隨之迅速下降直至不足以維持放電，放電熄滅。阻擋介質(zhì)的存在，使得放電僅發(fā)展到亞正常輝光放電階段就熄滅了。
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