大氣壓均勻介質(zhì)阻擋放電的實(shí)驗(yàn)研究及其對(duì)丙綸無(wú)紡布的表面改性

大氣壓均勻介質(zhì)阻擋放電的實(shí)驗(yàn)研究及其對(duì)丙綸無(wú)紡布的表面改性大氣壓均勻介質(zhì)阻擋放電(HDBD)由于其諸多的優(yōu)異特點(diǎn),例如:放電均勻、功率密度合適,可避免加熱或損傷工件表面,低能耗,干式處理低污染,其設(shè)備不需要真空系統(tǒng),造價(jià)低廉,可實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)生產(chǎn)等,在近幾年,已成為等離子體應(yīng)用的研究熱點(diǎn)。本論文實(shí)驗(yàn)研究了大氣壓HDBD的產(chǎn)生、機(jī)理和應(yīng)用。主要研究結(jié)果如下:1.系統(tǒng)地研究了帶有多電流峰的大氣壓氦氣HDBD的放電特性。研究結(jié)果表明:較窄的氣體間隙、較高的外加電壓和較低的驅(qū)動(dòng)頻率有利于多電流峰放電的形成。隨著外加電壓的增加、氣體間隙或者驅(qū)動(dòng)頻率的減少,在外加電壓每半個(gè)周期內(nèi),第一次擊穿所需要的外加電壓逐漸降低,電流脈沖的振幅呈準(zhǔn)單調(diào)遞減;且每個(gè)電流脈沖的擊穿電壓不同,后一個(gè)電流脈沖的擊穿電壓總是受前一個(gè)電流脈沖的影響。其次,輝光放電模式和湯森放電模式可以共存于一個(gè)多電流峰放電序列內(nèi),且隨著外加電壓的增加、氣體間隙或者驅(qū)動(dòng)頻率的減少,放電脈沖逐漸從輝光放電模式過(guò)渡到湯森放電模式。另外,前半周期放電結(jié)束后介質(zhì)板上的積累電荷是產(chǎn)生多電流峰放電的先決條件,而不均勻的徑向電荷分布對(duì)多電流放電的產(chǎn)生起著促進(jìn)作用。且由介質(zhì)板上積累電荷引起的記憶電壓,在一個(gè)多電流峰放電序列的早期促進(jìn)放電,而在晚期抑制放電。再者,在維持大氣壓氦氣HDBD不熄滅的條件下,隨著充入的氮?dú)狻⒀鯕饣蚨趸己康脑黾?在外加電壓每半個(gè)周期內(nèi)電流峰的個(gè)數(shù)不斷增加,并且均勻放電最終轉(zhuǎn)化為絲狀放電。2.對(duì)于阻抗匹配和紫外燈輻射預(yù)電離對(duì)大氣壓氮?dú)夂涂諝饨橘|(zhì)阻擋放電(DBD)的作用進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探索。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:對(duì)于大氣壓氮?dú)?在電源和等離子體反應(yīng)器之間增加阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)或者使用紫外燈照射后,當(dāng)氣體間隙為3mm時(shí),放電從絲狀放電轉(zhuǎn)化為均勻放電。而對(duì)于大氣壓空氣,當(dāng)使用紫外燈照射后,即使氣體間隙減小到1mm,放電仍不能從絲狀放電轉(zhuǎn)化為均勻放電,但是,對(duì)于一定的氣體間隙和驅(qū)動(dòng)頻率,使用紫外燈輻射預(yù)電離時(shí),其外加電壓的峰峰閾值有不同程度的降低。另外,在電源和等離子體反應(yīng)器之間增加阻抗匹配使放電從絲狀放電轉(zhuǎn)化為均勻放電后,保持驅(qū)動(dòng)頻率和氣體間隙不變,隨外加電壓峰峰值的增加,當(dāng)放電面積沒(méi)有鋪滿整個(gè)電極時(shí),放電電流和放電功率的增加非常緩慢;但當(dāng)放電面積鋪滿整個(gè)電極后,放電電流和放電功率則快速線性增加。而保持外加電壓和氣體間隙不變,實(shí)驗(yàn)所得到的最佳匹配頻率和Chen給出的理論計(jì)算結(jié)果存在差異。所以,我們認(rèn)為在應(yīng)用Chen等人給出的匹配公式時(shí),應(yīng)根據(jù)實(shí)際的放電狀況來(lái)確定匹配參數(shù)。3.對(duì)大氣壓氦氣和氬氣多電流峰放電及大氣壓氮?dú)釮DBD的動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明:可根據(jù)放電電流增長(zhǎng)階段放電脈沖的伏安特性曲線的微分電導(dǎo)的正負(fù)來(lái)判斷大氣壓HDBD的放電模式,如果放電脈沖的伏安特性曲線的微分電導(dǎo)呈現(xiàn)為負(fù)微分電導(dǎo),則此電流脈沖為輝光放電模式,如果呈現(xiàn)為正微分電導(dǎo),則為湯森放電模式。其次,大氣壓氦氣多電流峰放電的三維動(dòng)力學(xué)軌跡為帶有回旋的有限周期,并且經(jīng)歷一系列分歧過(guò)程;而大氣壓氮?dú)釮DBD的三維動(dòng)力學(xué)軌跡為沒(méi)有回旋的有限周期,也沒(méi)有經(jīng)歷任何分歧過(guò)程。再者,氣體的第一電離系數(shù)在決定大氣壓HDBD的放電模式和模式轉(zhuǎn)化上起著非常重要的作用。對(duì)于具有較高第一電離系數(shù)的氣體,尤其是氦氣,相對(duì)介電常數(shù)很高的介質(zhì)板有可能使得大氣壓HDBD的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性變差。4.對(duì)大氣壓DBD對(duì)丙綸熔噴無(wú)紡布的表面處理進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明:丙綸無(wú)紡布經(jīng)等離子體處理很短的時(shí)間(幾秒)后,就可以較好的改善其表面親水性。X射線光電子能譜,傅里葉變換紅外反射光譜和掃描電子顯微鏡的進(jìn)一步測(cè)試分析表明,丙綸無(wú)紡布經(jīng)大氣壓氮?dú)釪BD等離子體處理后,表面出現(xiàn)脫氫現(xiàn)象的同時(shí),在其表面引入大量的含氧和含氮官能團(tuán),主要為酰胺基、羧基羥基和銨鹽基團(tuán),并且表面出現(xiàn)明顯的粘連、刻蝕、斷裂等物理過(guò)程,使得纖維表面粗糙度增加。這些物理化學(xué)過(guò)程使得丙綸無(wú)紡布表面的親水性得到了改善,但是,在空氣中放置后,其處理效果具有時(shí)效性。其次,當(dāng)固定等離子體對(duì)丙綸無(wú)紡布的處理時(shí)間時(shí),表面水接觸角隨外加電壓峰峰值的增加,先是迅速減少,然后達(dá)到飽和,這說(shuō)明丙綸無(wú)紡布經(jīng)等離子體處理時(shí),需要選擇一個(gè)合適的外加電壓。再者,在大氣壓氮?dú)庵谐淙肷倭垦鯕?在等離子體處理時(shí)間較短時(shí),不利于改善丙綸無(wú)紡布表面的親水性,而在等離子體處理時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),有利于改善其親水性。但是,在大氣壓