常壓DBD等離子清洗機,是指能在1個標準大氣壓或近似於大氣壓下引發氣體電離,產生類似於輝光等離子體的設備,也叫大氣壓DBD等離子清洗機、準輝光大氣DBD等離子清洗機。與絲狀放電相比,準輝光放電等離子體更加穩定、均勻,更適合大面積的材料或產品進行表面處理。
1 常壓DBD等離子清洗機的準輝光等離子體
在常壓狀態下形成準輝光放電,必須要達到某一最小的初始電子密度,當將要電離的電子密度足夠大時就可以生成大面積的準輝光,讓初始雪崩頭能夠相互重疊合併,同時也使切向空間電荷的電場梯度變得比較緩和。
氣體電離的強烈程度受到氣體純度、氣體附著、剩餘氣體中存在亞穩態、電子、 離子等因素的影響。在介質阻擋放電中可以利用前半周期的剩餘粒子,即除了介質表面的記憶電荷,使用適當的放電頻率在整個放電體積中也會產生記憶效應。圖1是常壓差分DBD放電
此外,特殊性質的電介質也有利於大面積均勻等離子體的產生。電介質表面能夠積累相當數量的電荷。在高電壓作用下,這些電荷能夠被均勻的束縛在介質表面。當電場改變極性並且超過某一閾值時,電荷也同時被排斥離開表面並點燃高電流密度阻擋放電。在這種高電流情況下,每半個波形的單個電流峰只有幾個納秒的持續時間;而正常輝光放電條件下,氦氣中放電是3微秒,氮氣是200微秒。圖2是單介質同軸常壓DBD放電
2 常壓DBD等離子清洗機中電子的平均能量
在等離子體化學應用中,往往需要電子具有較高的能量;較低能量的電子只能通過振動損失輸入電能,無法滿足化學反應需要的反應條件。因此提高高能電子在放電空問內的分布對於獲得有效的等離子體化學反應速率非常重要。
據研究,普通DBD等離子體中的電子平均能量在1~10eV之間,高於10eV對於離解、電離氣體分子作用效果更好,而電子能量的大小通常與電極結構、功率、頻率等放電條件等密切相關。圖3是常壓大間距DBD放電
3 常壓 DBD等離子清洗機的等離子體中的輻射
等離子體發射電磁波的過程會產生輻射。通常由氣體放電產生的等離子體都伴隨著發光現象,其顏色與反應氣體種類有關。除了發射可見光外,還會產生紫外線和X射線等,實質上都是電磁波。
等離子體輻射的主要來源是等離子體中粒子運動狀態的變化;尤其是電子,其運動狀態更加多種多樣。除束縛電子,還存在動能可以連續變化的自由電子。當它同別的粒子發生碰撞或受其他外場影響時便會改變運動狀態,同時伴隨著能量狀態的變化而發生躍遷輻射。
常壓DBD等離子清洗機中對等離子體輻射的研究非常重要。一方面等離子體輻射會釋放能量,造成等離子體的能量損耗;同時對於有些氣體輻射還會引起光致電離,從而有效激活反應體系;另一方面等離子體輻射中攜帶著大量的等離子體內部信息,通過對輻射頻率、輻射強度等研究或進行時間分析,可以對等離子體密度、溫度及粒子狀態等進行診斷,還可以獲得有關化學反應過程的相關信息。
常壓DBD等離子清洗機中等離子體一般有三種主要的輻射過程,即激發輻射、複合輻射和軔致輻射;而常壓DBD等離子清洗機中等離子體的電子溫度只有1~10eV,因此起主要作用其實的是激發輻射和複合輻射。
激發輻射是指在受激原子中,處於高激發態的粒子躍遷到低激發態或基態時發出的輻射。激發輻射在輻射躍遷前後電子均處於束縛態,激發輻射的輻射頻率由躍遷前後兩能級間的能量差決定。圖4激發輻射過程
複合輻射是指當一個自由電子被離子俘獲複合成低價態的離子或中性離子時而發出電磁波的過程。在複合輻射躍遷過程中電子是從自由狀態變成束縛態。圖5複合輻射過程
韌致輻射是指等離子體中的帶電粒子由於受其他粒子靜電勢場的作用而發生速度變化時,由於動能變化而發出的電磁輻射。在DBD等離子清洗機的等離子體中電子速度遠大於離子速度,因此韌致輻射主要是由電子產生的。當自由電子經過正離子附近時,因受離子電場的作用使電子的慣性運動受阻,損失能量而發出電磁輻射.。在這一過程中,電子在輻射後仍是自由的,只是動能減少而已。圖6韌致輻射過程
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