上图反映出,在放电初期,靠近阳极处有一个非常微弱的发光层,而伴随着放电的进行,该亮层逐渐扩展到整个间隙,并且逐渐在靠近阴极的区域形成一个明亮的发光层。这种气隙中放电光强分布的演变过程代表着放电模式的演化过程。当对上图中各放电图像分别横向求均值,得到气隙中放电光强沿轴向的分布,如下图所示,由此便可展开对放电模式演变过程的分析。
1.放电从汤生放电开始
放电前气隙中电场可以近似为均匀电场。在放电起始阶段,放电很弱致使空间电荷场可忽略不计,气隙中电场仍保持均匀分布。气体中电子的平均自由行程反比于气体分子的数密度N,电子的平均动能与约化电场E/N成正比。当气隙中气体密度和电场都是均匀分布时,气隙中各处电子的平均动能是相同的,这也意味着气隙中各处电子的碰撞激发能力相同。因此,气隙中电子越多的地方发光越强,即放电光强分布I(x)正比于电子密度分布ne(x)。在均匀电场中的汤生放电,电子密度可以用如下公式来表示:
放电前气隙中电场可以近似为均匀电场。在放电起始阶段,放电很弱致使空间电荷场可忽略不计,气隙中电场仍保持均匀分布。气体中电子的平均自由行程反比于气体分子的数密度N,电子的平均动能与约化电场E/N成正比。当气隙中气体密度和电场都是均匀分布时,气隙中各处电子的平均动能是相同的,这也意味着气隙中各处电子的碰撞激发能力相同。因此,气隙中电子越多的地方发光越强,即放电光强分布I(x)正比于电子密度分布ne(x)。在均匀电场中的汤生放电,电子密度可以用如下公式来表示:
其中,x是与阴极的距离;n0是从阴极出发的电子密度。可见,随着与阴极距离的增大,气隙中放电发光强度将指数增大,并在靠近阳极处达到zui强。这种汤生放电的光强分布正是我们在侧面放电图像中所看到的。
2.放电从汤生放电向辉光放电过渡
通过比较光强分布图中曲线a和b右侧光强峰值位置,即侧面放电图像中a和b的阳极区亮层位置,我们发现该亮层以2.2mm/μs的速度向阴极方向移动,它用200ns时间移动了大约0.44mm。随着亮层逐渐向阴极移动,发光区域不断扩展,并逐渐充满了整个气隙中央区域,见光强分布图中的曲线c。随着放电的进行,正离子团更接近阴极,zui终在它和阴极之间形成一个强电场区,即所谓的阴极位降区。
2.放电从汤生放电向辉光放电过渡
通过比较光强分布图中曲线a和b右侧光强峰值位置,即侧面放电图像中a和b的阳极区亮层位置,我们发现该亮层以2.2mm/μs的速度向阴极方向移动,它用200ns时间移动了大约0.44mm。随着亮层逐渐向阴极移动,发光区域不断扩展,并逐渐充满了整个气隙中央区域,见光强分布图中的曲线c。随着放电的进行,正离子团更接近阴极,zui终在它和阴极之间形成一个强电场区,即所谓的阴极位降区。
如光强分布图中的曲线d所示,我们在靠近阴极处看到了一个明亮的发光层。如果仔细观察放电图像,尤其是光强分布图中的曲线f,我们可以看到气隙中光强从上到下呈现明暗相间的分层结构:zui上面是靠近阳极的暗层,然后是相对亮层,接着又是一个暗层,zui下面是靠近阴极的明亮层。这种明暗相间的分层光强分布是辉光放电的典型特征,这些层分别是阳极暗区、等离子体正柱区、法拉第暗区、负辉光区。因此,这表明放电已经从汤生放电过渡到了辉光放电阶段。
3.放电停止在亚正常辉光放电
侧面放电图的d~f图像中在靠近阴极处都存在一个明亮的发光层——负辉光区,它们对应光强分布图中曲线d~f左侧的尖峰,我们将此尖峰称为负辉光峰。负辉光峰的位置减小到0.4mm后就几乎不再减小了,这意味着阴极位降区长度dc大约为0.4mm,远大于正常辉光放电对应的阴极位降区长度。
因此,放电并没有充分发展到正常辉光放电,而是停止在亚正常辉光放电。其原因在于:在DBD中,放电电流对阻挡介质充电,使得介质上电压迅速升高,气隙电压随之迅速下降直至不足以维持放电,放电熄灭。阻挡介质的存在,使得放电仅发展到亚正常辉光放电阶段就熄灭了。
普乐斯电子10年专注研制等离子清洗机,等离子清洗设备,等离子表面处理机,等离子表面处理设备,已通过ISO9001质量体系和欧盟CE认证,为电子、半导体、汽车、yi疗等领域的客户提供清洗,活化,刻蚀,涂覆的等离子表面处理解决方案,是行业内值得信赖的等离子清洗机厂家。如果您想要了解更多关于产品的详细内容或在设备使用中有疑问,欢迎点击普乐斯的在线客服进行咨询,或者直接拨打全国统一服务热线400-816-9009,普乐斯恭候您的来电!
侧面放电图的d~f图像中在靠近阴极处都存在一个明亮的发光层——负辉光区,它们对应光强分布图中曲线d~f左侧的尖峰,我们将此尖峰称为负辉光峰。负辉光峰的位置减小到0.4mm后就几乎不再减小了,这意味着阴极位降区长度dc大约为0.4mm,远大于正常辉光放电对应的阴极位降区长度。
因此,放电并没有充分发展到正常辉光放电,而是停止在亚正常辉光放电。其原因在于:在DBD中,放电电流对阻挡介质充电,使得介质上电压迅速升高,气隙电压随之迅速下降直至不足以维持放电,放电熄灭。阻挡介质的存在,使得放电仅发展到亚正常辉光放电阶段就熄灭了。
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