常压双频辉光等离子体放电技术及其特性研究

Atmospheric pressure glow discharges show great potentials in application to material synthesis, surface modifications and biological decontamination, etc, as they are convenient and low-cost with a chamberless route. However, breakthroughs to some key issues are still needed, among which is how to decrease gas temperature and power consumption while raising plasmas density and activation. This program will solve the fore-mentioned issue by applying technology of dual frequency discharging to atmospheric pressure glow discharges, with high and low frequency sources powering separately to control plasma density and energy. Principles of dual frequency discharging and characteristics of plasmas, especially how high and low frequency power parameter settings influence plasma densities, electron temperatures as well as gas temperatures, will be studied mainly by experiments firstly. Then focus will be on effects of activated gas fed on plasmas discharging stability, and on activated particle densities under high and low frequency power parameters. Finally, by adjusting discharging parameters and setting dielectric barrier, dual frequency glow plasmas with high density, activation, low gas temperatures, and stable atmospheric pressure in large area will be obtained, providing experimental and theoretical basis when applying this new plasma source.

常压辉光放电不需要真空设备,使用便捷成本低，因此在材料制备、材料表面改性、灭菌消毒等方面具有广阔的应用前景。但还有一些关键问题需要解决，如在提高等离子体密度和活性的同时降低气体温度和功耗就是其中之一。本项目将双频放电技术引入到常压辉光放电领域，通过高低频两个电源相对独立的控制等离子体密度和能量的方法来解决这一问题。我们将主要采用实验的方法深入研究常压双频激励放电的机理及其等离子体的特性，特别是高低频电源参数分别对等离子体密度、电子温度、气体温度的影响；然后引入活性气体，研究高低频电源参数对活性粒子浓度的影响，以及活性气体对放电稳定性的影响；最终通过放电参数的调控和介质阻挡技术来获得来高密度、高活性、低气体温度、均匀稳定及面积较大的常压双频辉光等离子体源，为该新型等离子体源的应用提供实验和理论依据。

常压辉光放电不需要真空设备,使用便捷成本低，因此在材料制备、材料表面改性、灭菌消毒等方面具有广阔的应用前景。本项目将低气压领域的双频放电技术引入到了常压辉光放电领域，首次实现了频率为双射频电源同时加载到功率电极上共同激发产生常压等离子体。主要采用实验的方法首先表征了常压双频激励放电的电学特性和放电结构，并深入研究了常压双频激励放电的机理及其等离子体的特性，特别是高低频电源参数分别对等离子体密度、电子温度、气体温度的影响。结果发现随着高频电源的电压和功率的上升，等离子体密度和气体温度也随之上升。低频电源的电压和功率则对电子温度的影响较大；其次引入活性气体氧气，研究了高低频电源参数对活性粒子氧原子浓度的影响，以及氧气对放电稳定性的影响。发现高低频电压的增加都能促进的氧气分解提高等离子体中氧原子的含量，但高频电源更为有效。氧气含量的增加一开始能够提高氧原子的浓度，但氧气是电负性气体含量高了之后会降低放电强度，从而使氧原子的浓度有所下降。在氧气含量为0.3%的时候氧原子的浓度达到最大值；最后通过放电参数的调控等技术来获得了高密度、高活性、低气体温度、均匀稳定及面积较大的常压双频辉光等离子体源，为该新型等离子体源的应用提供实验和理论依据。