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介质阻挡放电(dielectricbarrierdischarge,DBD)是产生大气压下非平衡态低温冷等离子体的有效方法之一,已被广泛应用于臭氧生产、等离子体显示、材料处理、生物医学等领域。传统交流激励大气压DBD在空气中往往表现为不均匀的丝状放电,出于提高使用效率和改善应用效果等方面的考虑,实现大气压空气中的均匀放电成为亟待解决的问题。目前纳秒脉冲放电技术也被用于产生DBD,大气压空气中纳秒脉冲DBD均匀性的研究对完善低温等离子体技术具有重要意义。
本文首先搭建并调试了一台自制的小型化磁脉冲压缩纳秒脉冲电源,并建立了金属电极和水电极两套完整的实验装置及测量系统。详细研究了金属电极条件下大气压空气中纳秒脉冲DBD电气特性及发射光谱,并利用高速摄影相机从空气间隙侧面拍摄了2ns曝光时间的放电图像。研究结果表明,大气压空气金属电极DBD在1mm气隙距离下实现了均匀放电,气隙距离增加至4mm时放电转变为明显的丝状放电。同时为了了解DBD正面区域的放电特性,利用透明的双水电极研究了相应的电气特性和发射光谱,得到了与金属电极类似的结论,但是在实验条件下没有发现丝状放电,整个放电区域较为均匀。最后对比金属电极和水电极条件下DBD的电气特性、发射光谱和放电图像。高速摄影结果显示两种平行板电极结构下的DBD过程均是首先由放电区域中部开始发展,沿径向外扩展至整个区域。电气特性的对比表明金属电极DBD的放电电流、气隙电压和放电能量等参数都明显大于水电极下的情况;发射光谱显示金属电极DBD中337.1nm和380.5nm谱线的相对强度要明显大于水电极形式下的强度,但两种电极形式下产生的都是非平衡态等离子体,具有较高的振动温度和较低的转动温度。