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大气压液体阴极等离子体的特性及应用研究

刘克铭

  大气压液体电极放电是近年来兴起的一种产生大气压等离子体的新方法,此方法因为结构简单、成本低廉、操作方便等优点而具有广泛的应用前景。 第二章研究了大气压液体阴极等离子体的电学特性。采用水平面为放电阴极,金属棒为放电阳极,产生了大气压辉光放电等离子体;实验测量了放电等离子体的伏安特性,表明放电发生在异常辉光放电模式,随着放电电流的增加,放电越来越强烈;分析了阴极尺寸对放电伏安特性的影响,发现较小的阴极直径需要更高的放电电压,并且微分电阻更大;对比了阳极直径对放电伏安特性的影响,发现较小的阳极直径需要更高的放电电压,但是放电更加稳定;讨论了溶液pH值对放电等离子体阴极位降的影响,结果显示,降低溶液的pH值能够有效降低等离子体的阴极位降;实验研究了溶液pH值随放电时间的变化,研究结果表明,随着放电时间的增加,液体阴极的pH值降低,说明放电后溶液中有酸性物质产生。 第三章研究了大气压液体阴极等离子体中O和OH的空间分布。应用液体阴极产生了大气压环境下稳定的放电等离子体,采集并且分析在200900nm范围内的发射光谱,发现了强度较高的H谱线(656.8nm)、OH谱带(309nm附近)和N_2第二正带系谱线(C→B),以及强度较弱的O谱线(777.2nm和844.6nm)。本章对O、OH、N_2的激发过程进行了说明,并且分析了OH谱线(308.9nm)和O谱线(777.2nm和844.6nm)的相对强度,得到了等离子中含氧活性粒子的空间分布。研究结果表明:OH数量从阴极区逐渐增多,在平缓一段距离后在接近阳极的位置达到顶点;O数量在阴极附近急剧增大,之后在整个放电区域内出现两个极大值。另外,在第一个极大值处,844.6nm的O谱线的强度高于777.2nm的O谱线,而在第二个极大值处,前者却低于后者。 第四章研究了大气压液体阴极等离子体对聚酰亚胺薄膜的表面改性。本章应用水阴极产生了稳定的大气压放电等离子体,通过测量接触角、表面能和含湿量随等离子体处理时间的变化,发现薄膜的表面特性发生了改变,结果表明:极性和非极性测试液的接触角的变化趋势是不同的,而表面能和含湿量则随等离子体处理时间的延长而增加,直到二者达到饱和状态。实验中,液层厚度在等离子体处理过程中扮演着重要的角色,直接影响着处理的效果。通过原子力显微镜观察到的薄膜表面微观形貌的变化进一步证明了等离子体处理增加了薄膜表面的粗糙度。最后,处理后的薄膜被用于老化实验,发现处理过程中获得的极性基团在放置一段时间后部分地失去了效果。 研究结果对于大气压非热平衡等离子体在材料处理和理论研究方面具有一定的指导意义。……   
[关键词]:大气压;液体阴极等离子体;电学特性;含氧活性粒子;薄膜表面改性
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:重庆邮电大学2013年