[00799063]大气压介质阻挡放电的模式控制及其光谱诊断

大气压介质阻挡放电设备简单，在不同的条件下，可实现丝状放电、辉光放电(或均匀放电)及周期性点阵放电等多种放电模式。在材料处理、环境污染治理、飞行器隐身、信息处理及等离子体光子晶体等领域具有广泛的应用前景。然而，由于大气压介质阻挡放电过程十分复杂，使得用途最广的均匀模式及周期性点阵模式不易获得，极大地阻碍了大气压介质阻挡放电应用的发展进程。另一方面，由于缺乏有效的诊断手段，关于放电机理的研究，只能依靠理论分析和计算机模拟。然而，一个正确的物理模型必须建立在可靠的实验数据的基础上。但大气压介质阻挡放电的等离子体参量诊断相当困难，特别是，该课题之前未见任何有关电子密度的直接测量结果。针对上述状况，该课题组独创了各种位形的液体电极介质阻挡放电装置，实现了大气压三种放电模式的控制，这些装置具有成本低、寿命长的特点；开创了等离子体发射谱线线形诊断大气压等离子体电子密度等方法，真正实现了原位、无干扰测量。该项目的主要创新点包括：1、独创多种以液体电极为核心的、不同尺度及不同位形的介质阻挡放电装置，包括双平面电极、针－板电极、等离子体针、微距平行管电极及同轴电极装置等。在多种气体中，实现了流光放电、辉光或均匀放电和周期性点阵放电。2、独创并发展了大气压放电电子密度测量的谱线线形法，实现了在光谱中测量Stark位移测量电子密度，与Stark展宽测量电子密度的方法互为参证。独创谱线线形和估计电子温度的方法。3、首次实现了对大量放电丝中的单个微放电通道的等离子体密度的测量，该数据已被国内外同行广泛使用。4、首次在平板电极介质阻挡放电中获得稳定的单个微放电通道，研究了其电子密度的空间分布。5、首次实现由电子温度、电子密度均不同的两种放电通道组成的超四边点阵放电。由此提出一种具有三种折射率的新型等离子体光子晶体。6、首次在空气放电中观察到由亮点和均匀背景组成的白眼斑图点阵放电。对其进行了时间、空间及光谱分辨测量，研究了它的放电机制。结果表明，亮点和均匀背景均起源于微放电。7、提出并实现一种单针电极装置，在大气压氩气中实现了稳定的大气压辉光放电。采用光谱法，测量了电子激发温度和分子振动温度随实验参数的变化，研究了放电中的能量输运过程。8、提出并研制了两个平行放置水电极狭缝微等离子体装置，在大气中实现了均匀放电。提出采用光学方法测量微放电通道数研究大气压均匀放电区。课题组提出并实现的两种放电装置分别在大气压氩气和空气中实现了稳定的辉光和均匀放电，课题组提出的采用光学方法测量微放电通道数研究大气压均匀放电区在研究放电的均匀性方面提供了一种有效方法。众所周知，光子晶体可实现对光频率的选择和光传播的控制，已被广泛地应用于众多领域。介质阻挡周期性点阵放电是微放电等离子体通道的周期性排列，而等离子体的折射率与不放电气体的折射率是不同的，因此，点阵放电实际上构成一个二维等离子体光子晶体。课题组在实验上实现了多种形式的周期性点阵放电(如四边形、六边形、超四边点阵、超六边点阵、白眼等等)，这些周期性点阵放电模式作为二维等离子体光子晶体，其产生、结构、晶格常数等方面可调，在将来的应用中有非常大的灵活性。特别是课题组发现的由电子温度、电子密度均不同的两种放电通道组成的超四边点阵放电及由此提出的一种具有三种折射率的新型等离子体光子晶体使得这些应用前景更加诱人。因此，本工作的研究成果在物理、化学、工业生产等领域都具有广泛的应用前景。