第34卷，第1期 2014年1月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.34,No.1-pp16-19
January,2014
针-板和针-水电极大气压直流辉光放电的光谱特性
李雪辰，鲍文婷，费鹏英，赵欢欢，狄聪
河北大学物理科学与技术学院，河北省光电信息材料重点实验室，河北保定071002
摘要利用光谱学方法，对针-水电极和针-板电极直流辉光放电特性进行了比较研究。结果发现两种装置产生的放电都有明显的分区现象，从阴极到阳极分别为负辉区、阴极暗区、正柱区和阳极辉区。针-板电极放电中可以清晰地观测到阳极暗区，而针-水电极放电阳极暗区不明显。对比两种放电的伏安特性曲线，发现放电电压均随电流增大而减小，但相同电流下针-水电极间的电压大于针-板电极间的电压。由于伏安特性具有负斜率，且放电电流密度介于10-5～10-→A·cm-”，说明两种装置中的放电均处于正常辉光放电阶段。在正常辉光放电的范围内比较两种放电的发射光谱，发现发射光谱中都包含N2的第二正带系（含波长为 337.1nm的谱线)和N支的第一负带系（含波长为391.4nm的谱线），但相对强度不同。利用光谱学方法对放电发射谱的谱线强度比1.4/1a7.1和振动温度进行了空间分辨测量，发现相同位置处针-水电极放电的谱
线强度比要比针-板电极放电的大，并且相同位置处针-水电极放电的振动温度高。关键词大气压辉光放电；光学发射谱；振动温度
中图分类号：0433.1；0433.4
文献标识码：A
引言
低温等离子体在生产和生活中具有非常广产泛的应用，一般通过气体放电产生，目前通常利用低气压辉光放电产生横向均匀的低温等离子体。辉光放电的发光沿着电场方向存在亮度的变化（分区），如阿斯顿暗区、阴极辉区、阴极暗区、负辉区、法拉第暗区等。辉光放电通常需要真空装置，这样一方面增加广生产成本，另一方面也不利于流水线生产。与之相比，大气压辉光放电由于工作于大气压条件下，有望摆脱真空装置的限制。同时，由于大气压辉光放电具有诸多良好特性，因而具有更为广阔的应用前景。例如，它具有众多高化学活性的粒子，因此可以应用于材料刻蚀2、薄膜生长、臭氧合成3等；由于放电是发光的，也有望应用于等离子体光源、气体激光器等；同时在含氧气体的放电过程中有原子氧产生，也可以在医疗中对伤口进行杀菌消毒[4.5]，对工业废气进行脱硫脱硝处理等。
低气压辉光放电研究重然获得广长足进展，但大气压辉光放电研究较少。Staack等对直流激励下针-板电极中大气压正常辉光放电进行研究，对比了儿种气体的放电特
收稿日期：2013-04-07，修订日期：2013-06-25
DOI: 10, 3964/j. issn. 1000-0593(2014)01-0016-04
性"”。Lu等"利用CCD研究了金属圆盘-水电极空气放电的特性，发现当水作瞬时阴极时等离子体柱相对粗且温度低，而圆盘做瞬时阴极时等离子体柱细且温度高。Leys等研究了在大气压条件下针-水电极和针-板电极对辉弧转化的影响9，还对比了针电极极性对大气压辉光放电特性的影响1」。研究还发现针-板电极放电中可以产生发光斑图1]。 Gaisin2研究了大电流条件下针-电解质溶液电极中的辉光放电过程，分析了电流、电极间距、针尖直径等条件对放电的影响。以上研究利用儿种直流放电装置对大气压空气辉光放电特性进行了研究，但没有分析不同材质电极对放电特性的影响，针对于此，本工作采用光谱学方法对大气压下针-板电极和针-水电极产生的大气压辉光放电特性进行了对比研究。
1实验部分
图1是实验装置示意图。实验中，无论是针-板电极还是针-水电极，针均接高压电源的负极，且都采用相同的实验电路和相同的测量仪器，区别仅在于阳极材料不同。在针-板电极装置中，阳极为一个圆柱形铜板（厚度为8cm），其直径约
基金项目：国家自然科学基金项目（10805013，51077035），河北省杰出青年基金项目（A2012201045），教育部科学技术研究计划重点项目
（210014），河北省自然科学基金项目（A2011201132），河北省教育厅优秀青年项目（Y2011120）和河北大学青年基金项目(2011Q14)资助
作者简介：李雪辰，1976年生，河北大学物理科学与技术学院教授
e-mail : xuechenlk@ 126. com