辉光介质阻挡放电的斑图动力学研究

A dielectric barrier discharge (DBD) is one of the popular discharge systems to generate low-temperature plasmas at various pressures.It is also an excellent system to study non-linear phenomena. Under appropriate conditions, the non-uniform distributions of discharge along the electrode surface form various pattern structures. To study the pattern phenomena in glow DBD system, A dynamic equation is developed based on the voltage transfer characteritic of glow DBD and the lateral inhibition effect due to the non-uniform distribution of space charges. The distribution of discharge is represented by the distribution of space voltage across the discharge gap and the spatio-temporal evolutions of various pattern structures are investigated. The goal of this project is to abtain the dynamic mechanism of pattern formation and envolution. The research on the patern formation in glow DBD lead to important insight concerning the theoretical understanding of discharge plasma physics and pattern dynamics. This research is also helpful for achieving controllable pattern discharge and uniform discharge and optimizing manufacture process of DBDs in industrial applications.

介质阻挡放电是一种广泛应用的低温等离子体产生系统，也是一个良好的非线性现象研究系统，在合适的条件下放电强度沿电极表面的非均匀分布会形成多样化的斑图结构。本课题针对辉光介质阻挡放电中的斑图现象，提出基于辉光介质阻挡放电的电压转移特性以及放电空间中非均匀分布的空间电荷对放电形成的侧向抑制效应建立动力学方程，以放电过程中气隙电压的空间分布表征放电强度的空间分布,研究多样化放电斑图的时间-空间行为。本课题旨在从斑图动力学的角度揭示辉光介质阻挡放电系统中各种斑图的形成和动力学演化机制。本课题的完成对于进一步加深对放电等离子体中微观过程的认识，对于丰富斑图动力学理论都有着重要意义，同时对于工业上实现对可控形态的斑图放电的应用，获取均匀放电等离子体以及优化介质阻挡放电的制造工艺有着重要的参考价值。

辉光介质阻挡放电（DBD）是一个良好的非线性现象研究系统,能够产生多样化的自组织斑图结构。辉光DBD自组织研究无论是对于放电等离子体物理和斑图动力学的理论发展还是工业应用都有着重要意义。本课题基于辉光DBD的电压转移特性以及非均匀空间种子电子的侧向抑制效应，建立描述辉光DBD斑图的动力学方程,以放电过程中气隙电压的空间分布表征放电强度的空间分布,得到了辉光DBD从空间均匀放电到斑图放电的演化过程。对两种不同驱动电压条件下放电斑图的演化过程研究表明：在方波驱动条件下，辉光DBD斑图自组织形成较简单的条纹、六边形结构；而在较复杂的多台阶脉冲驱动条件下，辉光DBD斑图表现为更加复杂的超晶格结构，比如时空嵌套的条纹、同心圆环结构、超晶格结构。动力学方程的多重稳定性决定了在合适的参数条件下，随着驱动电压增加放电斑图会形成均匀扩展或者以放电丝扩展-分裂的形式逐渐布满整个放电空间。动力学模拟得到的斑图形态和演化过程和已有的实验结果和流体模拟具有很好的一致性。上述结果表明，该动力学模型可以很好地描述辉光DBD作为一般斑图系统的基本特性，可以重现各种DBD斑图，揭示各种辉光DBD斑图的形成机制。