大气压氮气介质阻挡放电"反常熄灭"现象的机理研究

在研究大气压氮气介质阻挡均匀放电过程中，我们首次发现并提出了汤森放电"反常熄灭"的现象，即在气隙电压升高过程中放电却逐渐熄灭了。这种熄灭过程不同于介质阻挡放电的常规熄灭过程（介质电压上升使气隙电压急剧下降直至放电熄灭），它可能与介质表面"浅位阱"电子数量有限有关，这也可能是大气压氮气介质阻挡均匀放电只能终止于汤森放电而无法发展到辉光放电的原因。本项目将对这种"反常熄灭"现象的机理进行研究，主要包括：① 制备表面"浅位阱"特性不同的多种阻挡介质，并利用其获得大气压氮气介质阻挡均匀放电；② 用"热刺激法"测量所制备介质的表面"浅位阱"特征；③ 研究不同介质对"反常熄灭"过程的影响，得到"反常熄灭"与介质表面"浅位阱"特性的关系；④ 探索大气压氮气介质阻挡辉光放电的可能性。项目的完成将有助于揭示导致这种"反常熄灭"现象的机理，加深对大气压氮气介质阻挡均匀放电形成条件的理解，促进气体放电理论发展。

大气压介质阻挡均匀放电在材料表面处理等工业应用领域具有巨大的应用价值，然而介质表面特性对获得大气压氮气、空气中介质阻挡放电具有重要影响。针对申请人首次发现的大气压汤森放电“反常熄灭”现象（气隙电压不断升高、放电逐渐熄灭），本课题①首次实现了大气压3mm空气均匀放电，其放电属性为汤森放电；②研制了热刺激电流测量装置并对购买和制备的多种绝缘介质进行了热刺激电流测量的研究，发现介质浅位阱数量越多、能级越低，则越能够提供较多的种子电子，降低气隙的击穿场强，有利于实现均匀放电；③揭示了反常熄灭现象的机理：介质表面浅位阱在上半周期放电中捕获的电子数量有限，在放电过程中陷阱电子不断消耗使得广义γ系数迅速减小，使大气压介质阻挡汤森放电出现了的反常熄灭现象。项目成果对研究大气压介质阻挡放电这种最重要的低温等离子体的气体放电规律具有重要意义。