为掌握反应器结构参数和放电参数对大气压非平衡等离子体射流(N-APPJ)的射流长度的定量影响, 设计了多结构的针-环式电极氩气等离子体射流装置, 分别研究了放电电压、 电极间隙、 高压电极放电末端与接地电极的距离及氩气体积流量对射流长度的影响, 并采用发生光谱法对该反应器产生的等离子体电子激发温度进行了计算。 结果表明: 等离子体射流的最大长度可达80 mm; 高压电极放电末端与接地电极之间的距离越大, 射流长度越长但不是线性增长; 射流长度随电极间隙的增加呈现先增大后减小的趋势且在电极间隙为4.5 mm时该射流达到最大长度; 随着氩气体积流量的增加, 等离子体射流长度也呈现出先增大后减小的趋势且减小的幅度较低; 电子激发温度在高压电极和接地电极处较高, 两电极之间部分次之, 在石英管出口处会有比较明显的下降。

通过实验研究了脉冲放电射流辅助下大气压氦气射频辉光放电的电学和光学特性。采用组合电极结构, 在射频放电前段增加脉冲电极, 脉冲放电产生的射流以等离子体子弹形式注入射频放电区域, 主要研究脉冲射流辅助射频放电的电流电压曲线、最低放电维持电压、放电强度和空间结构时空分布。研究结果表明: 等离子体子弹经过射频放电区域后, 由于等离子体子弹引入的活性粒子, 会使射频放电区域等离子体强度增强; 而射频放电最低维持电压也从0.93 kV降低至0.43 kV。

·OH在众多领域中具有非常重要的作用,在国际上引起了广泛关注,而大气压等离子体射流由于不需要真空、装置简单易于携带,且具有高浓度活性粒子、高电子温度、低射流温度等优点,具有极强的应用前景,成为气体放电领域的重要研究课题.特别是如何诱导等离子体射流中·OH的产生已成为等离子体射流领域一个新的研究热点.国外率先报道了将水蒸汽以一定的比例混入等离子体射流工作气体中以诱导产生大量·OH的研究,然而当含水量较高时,射流会剧烈摆动,放电变得十分不均匀、不稳定.为此,本文设计了一种大气压双环电极氩气等离子体射流诱导水产生·OH的装置,通过引入超声雾化装置增加等离子体羽周围的湿度以提高·OH含量,重点研究了不同电压、流量下诱导水生成OH(A2Σ+)的生成规律;利用发射光谱法测试了装置产生·OH的含量;并利用810.41和811.48 nm这两条Ar原子光谱线,计算了等离子体羽中的电子温度.结果表明等离子体羽可以诱导周围的水产生·OH,且随电压从20 kV增大到28 kV时,OH(A2Σ+)的产量逐渐增大;而当氩气流量从100 L·h-1增大到200 L·h-1时,·OH产量随着流量的增大而增大,但是当氩气流量从200 L·h-1增大到600 L·h-1时,·OH产量随着流量的增大而不断减小.OH(A2Σ+)的产量和电子温度变化趋势完全一致,证明了·OH的产量主要受电子温度的影响.

介绍了一种在大气压环境下产生超细Ar/O2等离子体射流的装置。为了降低等离子体射流的尺寸, 一种特制的玻璃微针被用于制作等离子体射流源。当施加在电极上的电压为4.0 kV时, 该装置能产生基本均匀和稳定等离子体射流, 且等离子体射流的线宽仅有几μm。此外, 探究了该超细等离子体射流选择性去除聚氯代对二甲苯薄膜的可能性。实验结果表明, 该超细Ar/O2等离子体射流能有效地选择性去除聚氯代对二甲苯薄膜, 去除速率可达2.4 μm/min。因此, 这种超细Ar/O2大气压等离子体射流有可能用于材料的超细加工。

为了研究水蒸气体积分数对大气压等离子体射流放电机理及放电效率的影响，进而产生高活性低温等离子体并优化其效率。通过对大气压氩水等离子体射流的电压电流波形和Lissajous图形等电气特性的测量及发射光谱和发光图像等光学特性诊断，研究了不同水蒸气体积分数时，等离子体射流的放电特性。通过计算放电功率、传输电荷量、电子激发温度、分子振动温度和分子转动温度等主要放电参量，研究了它们随水蒸气体积分数的变化趋势，并结合放电机理对所得实验结果进行分析。结果表明，Ar/H2O等离子体射流除了产生N2和Ar，还有OH和O，气体温度在525~720 K之间变化，为典型的低温等离子体；随着水蒸气体积分数的增加，等离子体羽喷出管口的长度减小，放电功率减小，发光强度减弱，转动温度和振动温度增加；相同功率下，水蒸气体积分数为0.5%时，产生的OH达到最大。

采用单针式电极，使用单极性重复频率脉冲电源，在常压氦气、氩气、氮气和空气中得到等离子体射流，并改变电压、流量和气体种类，分别观察不同的实验条件对等离子体射流的影响。实验结果表明：射流长度随施加电压的增加而增长；随着流量的连续变化，射流长度先逐渐变长，达到峰值后由于湍流影响，长度又逐渐缩短，达到一定流量后趋于饱和。此外，不同工作气体中的等离子体射流呈现截然不同的外观，氦气和氩气中射流呈针状模式，长度可达7 cm以上；而在氮气和空气中，射流呈现为长度不超过2 cm的刷状模式。