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技术资料

低温等离子体介绍3

 

低温等离子体的产生方法


辉光放电 电晕放电 介质阻挡放电 射频放电 滑动电弧放电 射流放电  大气压辉光放电 次大气压辉光放电


辉光放电(Glow Discharge)

 

    辉光放电属于低气压放电(low pressure discharge),工作压力一般都低于10mbar,其构造是在封闭的容器內放置两个平行的电极板,利用电子将中性原子和分子激发,当粒子由激发态(excited state)降回至基态(ground state)时会以光的形式释放出能量。电源可以为直流电源也可以是交流电源。每种气体都有其典型的辉光放电颜色(如下表所示),荧光灯的发光即为辉光放电。因此,实验时若发现等离子的颜色有误,通常代表气体的纯度有问题,一般为漏气所至。辉光放电是化学等离子体实验的重要工具,但因其受低气压的限制,工业应用难于连续化生产且应用成本高昂,而无法广泛应用于工业制造中。目前的应用范围仅局限于实验室、灯光照明产品和半导体工业等。(To top)

部分气体辉光放电的颜色

Gas

Cathode Layer

Negative Glow

Positive Column

He

Ne(neon)

Ar

Kr

Xe

H2

N2

O2

Air

red

yellow

pink

-

-

red-brown

pink

red

pink

pink

orange

dark-blue

green

orange-green

thin-blue

blue

yellow-white

blue

Red-pink

red-brown

dark-red

blue-purple

white-green

pink

red-yellow

red-yellow

red-yellow

 

电晕放电(Corona Discharge)

    气体介质在不均匀电场中的局部自持放电。是最常见的一种气体放电形式。在曲率半径很大的尖端电极附近,由于局部电场强度超过气体的电离场强,使气体发生电离和激励,因而出现电晕放电。发生电晕时在电极周围可以看到光亮,并伴有咝咝声。电晕放电可以是相对稳定的放电形式,也可以是不均匀电场间隙击穿过程中的早期发展阶段。 
  电晕放电的形成机制因尖端电极的极性不同而有区别,这主要是由于电晕放电时空间电荷的积累和分布状况不同所造成的。在直流电压作用下,负极性电晕或正极性电晕均在尖端电极附近聚集起空间电荷。在负极性电晕中,当电子引起碰撞电离后,电子被驱往远离尖端电极的空间,并形成负离子,在靠近电极表面则聚集起正离子。电场继续加强时,正离子被吸进电极,此时出现一脉冲电晕电流,负离子则扩散到间隙空间。此后又重复开始下一个电离及带电粒子运动过程。如此循环,以致出现许多脉冲形式的电晕电流,电晕放电可以在大气压下工作,但需要足够高的电压以增加电晕部位的电场。一般在高压和强电场的工作条件下,不容易获得稳定的电晕放电,亦容易产生局部的电弧放电(arc)。为提高稳定性可将反应器做成非对称(asymmetric)的电极形式(如下图所示)。电晕放电反应器的设计主要参考电源的性质而有所不同,有直流电晕放电(DC corona)和脉冲式(pulsed corona)电晕放电。利用电晕放电可以进行静电除尘、污水处理、空气净化等。地面上的树木等尖端物体在大地电场作用下的电晕放电是参与大气电平衡的重要环节。海洋表面溅射水滴上出现的电晕放电可促进海洋中有机物的生成,还可能是地球远古大气中生物前合成氨基酸的有效放电形式之一。针对不同应用目的研究,电晕放电是具有重要意义的技术课题。

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