第35卷，第10期 2015年10月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 35 ,No. 10 -pp2703-2707
October,2015
微隙介质阻挡放电装置中的空气均匀放电光谱特性
韩育宏，贾鹏英，何寿杰，张子生河北大学物理科学与技术学院，河北保定071002
摘要大气压空气中介质阻挡均匀放电产生的等离子体在工业领域具有广的应用前景，为研究其产生条件及机理，利用微间隙介质阻挡放电装置，在大气压空气中实现广均匀放电。电学实验结果表明，低电压时电流波形在电压每半个周期存在若干个脉冲宽度很小的脉冲，肉眼观察到大量的微放电丝，随着外加电压增加，放电功率逐渐增加，放电空间内微放细丝增多。当电压增大到9.2kV时，电流波形在电压每半个周期只存在一个宽度较大(约5.5us强度较强的脉冲，观察不到微放电丝，微放电最终扩展叠加形成均勾放电。采集广光谱范围为330420nm的发射光谱，氢分子第二正带系337.1nm的谱线强度明显比氨分子离子第一负带系391.4nm的强。将337.1nm谱线的强度归一，391.4nm谱线的强度即反应了电子平均能量的大小，同时拟合计算了反映分子内部能量的氮分子振动温度。结果表明电子平均能量和分子内部能量都随外加电压的增加而降低。表明放电空间电场能量较低时不容易形成丝状放电，均匀放电模式中电子平均能量比微放电丝放电模式中的低。这些结果对于空气中介质阻挡均匀放电在工业应用方面具有一定的指导意义。
关键词微间隙；均匀放电；放电功率；电子平均能量
中图分类号：0433：
文献标识码：A
引言
DOI; 10. 3964/j. issn. 1000-0593 (2015 )10-2703-05
现在电介质层表面沉积高导电性材料有利于提高空气DBD 放电的均匀性*]。Ayan等采用脉冲电源在2.5~4.5mm空气间隙中产生均匀DBD，认为毫微秒脉冲电源可以提高放电
介质阻挡放电（dielectricbarrierdischarge，DBD）能在大气压下产生稳定的非热平衡等离子体，因弃了真空装置而备受研究者的青睐口2]。其在某些领域如薄膜沉积、等离子体消毒和材料表面处理等的应用需要产生均匀DBD而不是丝状DBD[3.4]，因为丝状放电模式的等离子体密度集中且能量不均匀。
8 的方法进行了报道，随后世界各国研究者就此进行了更加广泛的研究5.6]，方法主要有电学测量、发光图像拍摄和数值模拟。但是放电过程采用惰性气体或者氮气，不仅增加生产成本而且不利于流水线生产应用。最适合工业化应用的是在大气压空气中实现均匀DBD，目前已经对不同的电极结构，阻挡层材料和电源类型等方面进行广研究。如，Okzaki等采用金属网状电极和驻极体材料的介质阻挡层，用工频电源在3.5mm空气间距中产生了均匀DBD。Rahel等采用水电极在空气中产生了均勾DBD，并认为空气中均匀放电是不同时刻许多放射状扩展的流注叠加的结果"]。Choi等研究发
收稿日期：2014-10-22，修订日期：2015-02-10
的均匀程度。
王新新等1利用平行板介质阻挡电极结构，对常压空气间隙中的放电进行了研究，认为实现辉光放电的空气间隙要小于2mm。对此引发了关于常压下空气小间隙的介质阻挡均匀放电特性的实验研究，但目前有关大气压空气中微气隙宽度(小于1mm)的介质阻挡均匀放电的光谱特性的研究还较少。针对于此，我们通过减小放电气隙宽度，逐渐增加外加电压，实现了视觉上均匀的放电。采用电学方法和光谱方法，研究了均匀放电的放电特性及功率、电子平均能量、分子内部能量随电压的变化情况。所得结果对均勾放电等离
子体的深入研究以及应用有重要的参考价值。 1实验部分
实验在开放的空气环境下进行，实验装置如图1所示。两个平行正对的介质阻挡电极的内径为7cm，里面装满水，电极两端厚度为1.0mm的石英玻璃的介质层距离，即气隙
基金项目：国家自然科学基金项目（51077035，11205046），河北省教育厅青年基金项目（QN20131093)和河北大学青年项目（2011Q14)资助
作者简介：韩育宏，女，1982年生，河北大学物理科学与技术学院讲师
e-mail : hanyuhong@ hbu, edu. en