采用发射光谱、 紫外可见吸收光谱、 红外吸收光谱和核磁共振技术分析1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐（［Bmim］HSO4）, 1-丁基吡啶硫酸氢盐（［BPy］HSO4）和1-丁基-3-甲基咪唑四氟化硼（［Bmim］BF4）三种离子液体在大气压介质阻挡放电氩等离子体体系中的稳定性, 并分别以上述三种离子液体为辅助液采用大气压介质阻挡放电等离子体技术制备TiO2, 进一步研究三种离子液体在等离子体中的稳定性对所制备的TiO2晶相结构的影响。 结果表明: 向大气压介质阻挡放电氩等离子体中分别引入［Bmim］HSO4, ［BPy］HSO4和［Bmim］BF4离子液体后并未改变氩等离子体放电光谱谱峰的位置和数量且没有新的谱峰生成, 但谱峰强度都明显降低, 说明上述三种离子液体没有在等离子体区蒸发形成激发态物种; ［Bmim］HSO4和［BPy］HSO4放电前后的红外吸收光谱基本一致, 表明离子液体在放电后的化学键未发生改变; ［Bmim］HSO4和［BPy］HSO4的紫外可见吸收光谱显示其吸收峰的位置和强度未发生改变, 说明两种离子液体在等离子体作用后的结构是稳定的; ［Bmim］BF4放电前后的红外吸收光谱各个特征峰并无明显差异, 但其紫外可见吸收光谱图谱吸收峰的位置却发生较大的偏移, 进一步对放电前后的［Bmim］BF4离子液体进行核磁共振分析, 两者的1H NMR峰数相同, 但放电后的离子液体化学位移向高位偏移大约0.2单位, 说明其化学环境发生了变化, 表明有部分［Bmim］BF4结构发生改变。 光谱和核磁共振技术分析表明离子液体［Bmim］BF4在等离子体作用后结构发生了改变。 采用三种离子液体辅助大气压介质阻挡放电等离子体技术制备TiO2样品的X-射线衍射分析结果表明 ［Bmim］HSO4和［BPy］HSO4辅助制备的［BPy］HSO4-TiO2和［Bmim］HSO4-TiO2, 谱图与锐钛矿相TiO2标准谱图基本一致, 表明所制备的TiO2为纯锐钛矿型。 而［Bmim］BF4辅助制备的［Bmim］BF4-TiO2在2θ=24.1°处的衍射峰向小角度偏移, 2θ=48°处的衍射峰向大角度偏移, 说明［Bmim］BF4在辅助制备TiO2过程中, F进入TiO2的晶格, 破坏了TiO2原子间的平衡状态, 生成了F掺杂TiO2光催化材料。 F掺杂TiO2光催化材料的形成也间接证明了离子液体［Bmim］BF4在大气压等离子体中的不稳定性, 此结果与核磁共振及紫外可见光的检测结果相一致。 同时说明离子液体在等离子体的作用下对于纯锐钛矿晶格的形成和促进高活性掺杂型的光催化材料具有重要作用。 为等离子体辅助离子液体制备高性能纳米材料提供重要的实验和理论依据。

为了探究低温等离子体活化转化煤层甲烷的机理, 采用自制的介质阻挡放电实验系统对体积组成为CH4 40%、O2 12%、N2 48%的模拟煤层甲烷进行等离子体活化转化。采用色谱分析方法对煤层甲烷介质阻挡放电稳定产物进行分析, 结果表明低温等离子体活化煤层甲烷的主要产物为CH3OH、CO和CO2。采用发射光谱原位诊断技术在200～700 nm波长范围内研究了放电气体的发射光谱, 检测到O·、CH·、C·、Hα、N2(A3+U)等激发态物种。基于发射光谱原位诊断和气相色谱分析结果, 对煤层甲烷活化转化的自由基反应过程进行了推断。同时, 明晰了反应气中N2对煤层甲烷活化和主要产物的生成具有促进作用, 即N2产生了存活时间更长的亚稳态离子, 该亚稳态离子将能量传递给反应气中的O2和CH4, 进而加速了煤层甲烷的活化和稳定产物的生成。

使用空心针板放电装置, 以氩气作为导入气体, 在大气环境下产生了1.6～3 cm波长的等离子体炬。 利用发射光谱法, 研究了等离子体炬弧根和弧梢处的气体温度和振动温度, 以及它们随气体流量的变化。 等离子体气体温度通过对OH基309 nm附近的谱带进行拟合得到, 等离子体振动温度由氮分子第二正带系Ｃ ３Πｕ—Ｂ ３Πｇ计算得到。 实验发现弧根和弧梢处的气体温度相等, 并随着气体流量的增大而下降。 当气体流量从3.0 mL·min-1增大到6.5 mL·min-1时, 气体温度由350 K下降到300 K。 当气体流量较小(如3.0 mL·min-1)时, 弧梢处的振动温度(1 950 K)高于弧根处的振动温度(1 755 K)。 随着气体流量的增大, 弧梢处与弧根处的振动温度均下降, 但弧梢处下降速率较快。 当气体流量较大时, 二者趋于相等。

通过工质爆燃, 产生了具有很宽频谱的电磁辐射。用4个宽带天线从不同方向对球形工质产生的电磁辐射进行了接收测量, 并对信号作了频谱分析。实验结果表明: 150 g工质爆炸产生的电磁脉冲持续时间为50 ns, 上升沿很陡, 频谱连续, 频率范围为1～4 GHz, 峰值频率为2 GHz, 功率为2 W。对爆燃型工质产生电磁辐射的机理进行了初步理论探讨, 认为等离子体辐射可能是产生电磁辐射的源。

用时域伪谱(PSTD)算法数值模拟了高功率电磁波脉冲在整个电离层中的传播。利用缩减的电离层模型并忽略非线性过程,脉冲在电离层中的传播可用脉冲在冷等离子体中的传播方程来描述。时域有限差分(FDTD)法解决这个问题将耗费大量的时间和内存,因此,使用PSTD方法来解决冷等离子体中的方程,并采用完全匹配层边界条件截断求解空间。所得脉冲在整个电离层传播的数据显示,在265 km附近有一个分界点,其以下是反射波,以上既有反射波又有前向波。这与用高阶(FD)2TD方法数值模拟结果一致,表明时域伪谱算法模拟电磁波在电离层中长距离传播的有效性。