大气压纳秒级双极性窄脉冲均匀放电等离子体特性及丙纶织物改性研究

高压纳秒级脉冲放电是建立高非平衡度、高空间均匀性的大气压均匀放电等离子体的理性途径，对发展远离平衡态等离子体化学和非线性等离子体电动力学有重要科学价值。它高效、节能、无污染和易于在线控制，在许多技术领域都具有重要的应用前景。但目前对大气压纳秒脉冲均匀放电等离子体的产生和形成机理以及不稳定性控制研究尚不深入，其主要原因是对该放电机理认识不足和缺少有效的诊断手段。我们拟采用快速ICCD摄像、发射光谱、分子束质谱以及电压、电流测试等技术相结合对大气压纳秒脉冲均匀放电的物理机制进行研究，重点研究脉冲均匀放电的产生和稳定的基本规律。通过与理论分析、数值模拟比较，深入揭示脉冲均匀放电等离子体的形成机理。提出恰当的物理模型和给出抑制不稳定性的指导原则和技术方法，实现大气压均匀放电等离子体的稳定运行。进而研究大气压均匀放电等离子体对丙纶织物改性中的反应机理。为深化大气压均匀放电等离子体基础研究做一点工作。

高压纳秒级脉冲放电是建立高非平衡度、高空间均匀性的常压辉光放电等离子体的理想途径。本项目通过采用数码相机摄像、发射光谱以及电压、电流测试等技术对常压纳秒脉冲均匀介质阻挡放电产生的物理机制进行了深入地研究。在国际上在大气压下首次在空气、氮气以及混合气体组分中获得了针-板式、多针-板式、线-板式、板-板式弥散性均匀介质阻挡放电等离子体，这是国际上在大气压下在空气、氮气以及混合气体中放电获得均匀放电等离子体的最新研究成果，它是在大气压下在气体放电研究领域中取得了突破性进展。项目中研究了脉冲电压、放电频率、介质厚度、曝光时间、不同类型电介质对空气、氮气以及在氮气中添加氩气、氦气、氧气等混合气体时对产生均匀放电等离子体发光图像的影响规律；采用等离子体数值模拟软件对发射光谱实验曲线进行拟合获得了等离子体气体温度；考虑到在实际应用中利用等离子体对凸凹材料表面的改性，在大气压下研究获得了多针排列时每根针与板电极距离不同的多针-板式大面积均匀放电等离子体；研究了双极性高压脉冲正负脉冲放电中N2 (C-B) 的时间分辨光谱，发现在正向纳秒脉冲放电中光电流波形与电压波形的延迟基本不随脉冲峰值电压的变化而变化，而在负向纳秒脉冲放电中光电流波形的延迟随脉冲峰值电压的增大而缩短；利用数码相机拍摄了放电等离子体发光图像时研究了曝光时间分别为500 ms 和2.5 ms （单次放电）放电等离子体发光图像的均匀性，得到了单次放电等离子体均匀发光的图像；研究了大气压下高压脉冲弥散性均匀介质阻挡放电等离子体中激发态N2 (C-B, 0-0, 337.1 nm)、OH（A-X）、NO (A-X)、N2+ (B-X, 0-0, 391.4 nm)等发射光谱强度随脉冲电压、放电频率以及添加少量杂质气体的变化规律；在针-板式放电和板-板式中研究了改变针-板间距离和板-板间距离时对产生均匀放电的影响；在大气压下利用针-板式空气和氦气均匀介质阻挡放电等离子体对真菌和放线菌进行了灭菌研究，取得了在60 S内灭菌率达到99.9999% 的理想效果；利用大气压板-板式空气脉冲均匀介质阻挡放电等离子体与交流介质阻挡放电等离子体对丙纶无纺布表面亲水性进行了对比研究，发现前者改性效果明显好于后者，其功耗仅为后者的1/20，且对丙纶无纺布表面无损伤。