在等离子体射流的辅助下, 液体的雾化特性能够得到一定程度的改善, 等离子体辅助雾化具备应用于超细水雾抑制瓦斯爆炸领域的潜力。 然而, 由于等离子体射流中存在的多种活性粒子对于燃烧存在促进作用, 因此有必要对瓦斯气体存在的条件下等离子体中的活性粒子种类进行定量分析。 在大气压下开展了以氦气作为载气对预混的甲烷和空气进行介质阻挡(DBD)放电研究。 结果表明, 等离子体射流中的主要活性粒子为OH基团、 N2的第二正带系、 CH基团、 HeI原子以及少量的O原子, 其中甲烷电离区的谱线主要集中在400~600 nm。 增大峰值电压和氦气掺混体积流量比都可以有效提高等射流中活性基团的含量。 采用N2第二正带系的连续谱带做最小二乘线性拟合, 对等离子体射流的振动温度进行了计算, 得到大气压氦气/空气-甲烷等离子体射流的振动温度在2 000~4 000 K之间。 随着峰值电压和氦气掺混比的增大, 振动温度都呈现增大趋势。 利用HeI原子激发能差较大的5条谱线做最小二乘线性拟合, 对等离子体射流的电子激发温度进行了计算, 得到大气压氦气/空气-甲烷等离子体射流的电子激发温度在3 500~13 000 K之间。 随峰值电压的增大, 电子激发温度表现出增大的变化趋势, 随着氦气掺混比的增大, 电子激发温度表现出减小的变化趋势, 分析发现随着氦气体积流量的增大, 使得射流发生器内的气流变快, 带走了发生器内更多的热量, 导致电子激发温度下降。

在大气环境中,研究平行板约束对激光诱导PMMA等离子体中CN分子光谱的影响,测量得到的5条光谱峰所处波长分别为388.29 nm(0-0)、387.0 nm(1-1)、386.14 nm(2-2)、385.44 nm(3-3)及385.03 nm(4-4)。实验结果表明,空间约束下的CN分子光谱峰强度明显高于无空间约束下的。另外,通过拟合CN光谱获得了CN分子的振动温度,结果显示,空间约束下的CN分子的振动温度明显高于无空间约束下的振动温度,且高激光能量下的CN分子振动温度高于低激光能量下的振动温度。平行板反射冲击波压缩等离子体羽,使得其温度和数密度增加,增强了激光诱导PMMA等离子体中CN分子的光谱强度。

介质阻挡放电系统(DBD) 作为一个典型的非平衡气体放电系统, 不仅在工业生产如低温等离子体生产和发光等方面被广泛应用, 而且该系统表现出的非线性现象、 自组织现象也吸引人们的关注。 DBD系统中放电丝的等离子体参量受诸多因素影响, 为了探究DBD系统的放电条件对等离子体参量的影响, 该实验重新设计放电单元以保证在其他实验条件相同的情况下, 对放电气隙间距和气体组分与等离子体参数之间的关系展开研究。 本实验的放电单元为一个平板型玻璃框架气隙, 该气隙由三个厚度均为1.2 mm, 放电区域边长分别为40, 30和20 mm的正方形玻璃框架复合而成, 因此该放电气隙有三个放电区域, 将此复合气隙放置于可调节气体成分和压强的真空室内, 可以同时产生三种放电气隙间距分别为1.2, 2.4和3.6 mm的等离子体放电丝。 高速录像机拍摄的瞬时照片表明三种放电丝均为随机放电丝, 即其放电类型均为流光放电。 在垂直于放电气隙平面的方向设置光路, 使用聚焦透镜获得清晰的成像, 移动光纤探头实现空间分辨并采集数据。 实验用光谱仪采集三种等离子体的氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πu) 谱线, 根据谱线强度计算得到各类放电丝的分子振动温度; 利用谱线中包含的氮分子离子N+2第一负带系谱线(391.4 nm)和氮分子第二正带系394.1 nm谱线强度的比值反应放电丝中电子平均能量; 改变气室内氩气的含量, 得到了三种等离子体的分子振动温度和电子平均能量的变化趋势。 实验结果表明: 在氩气含量0%~60%区间内, 随着氩气含量的增加, 三种等离子体的分子振动温度均先升高后降低, 整体趋势表现为相同氩气含量下放电气隙间距越小分子振动温度越高, 即1.2 mm气隙厚度中的放电丝的分子振动温度最高, 2.4 mm气隙厚度次之, 3.6 mm气隙厚度的最低; 随氩气含量的增加放电丝的平均电子能量先升高后降低, 氩气含量相同时气隙厚度越小的放电丝的电子平均能量越高, 即1.2 mm气隙厚度中放电丝的电子平均能量最高, 2.4 mm气隙厚度的次之, 3.6 mm气隙厚度中的最低。 实验结果对于研究DBD系统中等离子体参量、 工业生产等方面具有重要的参考意义。

空气和氩气混合气体的双水电极介质阻挡放电装置中, 在电压升高过程中首次发现了两种由亮点和暗点组成的亮暗点菱形斑图。 通过观察斑图照片可以发现: 第一种菱形斑图(菱形斑图Ⅰ)中的暗点处于由亮点组成的菱形单元的中心; 第二种菱形斑图(菱形斑图Ⅱ)中的暗点恰好处于周围其他三个亮点的中心位置。 利用发射光谱法, 通过采集氮分子（N2）第二正带系(C3Πu→B3Πg)发射谱线和氩原子696.54 nm（2P2→1S5）谱线的展宽, 研究了两种菱形斑图中亮点和暗点的分子振动温度和电子密度。 实验发现: 两种菱形斑图中暗点的分子振动温度均高于亮点, 相对菱形斑图Ⅰ来说, 菱形斑图Ⅱ中的亮点和暗点的分子振动温度均升高; 而菱形斑图Ⅰ中暗点的电子密度低于亮点, 菱形斑图Ⅱ中亮点和暗点的电子密度却几乎相等。 两种菱形斑图中电子密度表现出不同的变化趋势, 且在菱形斑图Ⅱ中表现出的规律尤为特殊, 因而采用高速录像机对菱形斑图Ⅱ进行短曝光拍摄观察斑图中亮点和暗点的成分, 发现暗点是体放电和沿面放电共存的状态。 进一步研究从菱形斑图Ⅰ到菱形斑图Ⅱ的演化过程中三种斑图中亮点的电子密度, 结果发现: 演化中间过程的斑图中的亮点的电子密度最大, 菱形斑图Ⅱ中亮点的电子密度最低。 实验结果对于研究斑图的自组织形成过程具有参考作用。

采用H型放电间隙的介质阻挡放电装置, 在氩气和空气的混合气体中, 得到了三种新颖的等离子体发光斑图。 较于传统获得的斑图, 这三种发光斑图是产生在单层气隙与双层气隙结合的气隙装置之中。 通过相机拍摄到的斑图照片, 可以发现单层气隙和双层气隙中微放电通道呈现的发光亮度、 颜色、 放电面积等状态有所不同, 这表明微放电通道所处的等离子体状态可能各不相同。 通过分析这三种等离子体发光斑图, 利用发射光谱法首次研究了单层气隙和双层气隙内微放电通道的等离子体参量。 实验通过采集氮分子第二正带系（C3Πu→B3Πg）的发射谱线计算了单层气隙和双层气隙内微放电丝的分子振动温度, 并进一步利用氩原子696.57 nm（2P2→1S5）谱线的展宽分析了单层气隙和双层气隙内微放电丝的电子密度。 结果发现: 在左右相同厚度的双层气隙中, 耦合微放电丝的分子振动温度基本相同, 电子密度也趋于一致, 单层气隙内微放电丝的分子振动温度要高于双层气隙内微放电丝, 电子密度则小于双层气隙内微放电丝。 单层气隙和双层气隙中不同微放电通道等离子体状态的差异性使之形成多种折射率的等离子体光子晶体, 其周期性排布将具有更加丰富的带隙结构。

利用水电极介质阻挡放电装置, 在氩气和空气的混合气体中, 首次观察到了超四边斑图沿面放电, 它是由中心点和暗点组成的。 通过观察普通相机的斑图照片, 可以发现中心点位于周围四个暗点的中心处。 利用高速录像机对斑图进行短曝光拍摄, 观察发现中心点对应体放电, 暗点对应沿面放电, 暗点由这些沿面放电形成。 中心点和暗点的亮度有所不同, 这说明中心点和暗点的等离子体状态可能不同。 采用发射光谱法, 研究了超四边斑图沿面放电的的中心点和暗点的等离子体参量随氩气含量的变化趋势。 利用氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)发射谱线, 计算得出了中心点和暗点的分子振动温度; 然后通过氩原子696.57　nm (2P2→1S5)谱线的展宽, 研究了中心点和暗点的电子密度。 实验结果表明: 在相同氩气含量下, 暗点的分子振动温度和电子密度均高于中心点的相应等离子体参量; 在其他实验条件不变的情况下, 随着氩气含量从90%增大到99.9%, 中心点和暗点的分子振动温度和电子密度均逐渐增大。 结果表明中心点和暗点的等离子状态不同, 说明二者的放电机制可能不同。

采用双水电极介质阻挡放电装置, 在空气和氩气的混合气体中, 首次研究了由中心亮点和暗点组成的亮暗点超六边形斑图。 通过观察斑图照片, 可以发现暗点位于周围其他三个亮点的质心处, 并且亮点和暗点的亮度有所不同, 这说明亮点和暗点的等离子体状态可能不同。 利用发射光谱法, 研究了亮暗点超六边形斑图中亮点和暗点的等离子体参量随氩气含量的变化趋势。 首先通过采集氮分子（N2）第二正带系(C3Πu→B3Πg)发射谱线, 计算出了亮点和暗点的分子振动温度; 之后利用氮分子离子391.4 nm和氮分子394.1 nm两条发射谱线的相对强度之比, 得到了此斑图中亮点和暗点的电子平均能量; 最后通过氩原子696.57 nm（2P2→1S5）谱线的展宽, 研究了此斑图中亮点和暗点的电子密度。 实验结果发现: 在同一氩气含量下, 亮暗点超六边形斑图中暗点的分子振动温度、 电子平均能量和电子密度均高于亮点的相应等离子体参量; 保持其他实验参数不变, 随着氩气含量从70%变化到95%, 亮点和暗点的分子振动温度和电子密度均是逐渐增大的, 而电子平均能量则是逐渐减小的。 亮点和暗点的等离子状态的不同, 说明二者的放电机制可能不同。 进一步采用高速录像机对斑图进行短曝光拍摄, 发现亮点存在沿面放电, 这些沿面放电交汇形成暗点。

采用发射光谱法, 研究了水电极介质阻挡放电中具有相同对称性的3种不同结构的六边形斑图演化过程的光谱特性。实验结果表明, 随着外加电压的增加, 放电首先形成六边形点阵斑图, 然后是空心六边形斑图, 最后是蜂窝六边形斑图。利用氩原子696.5 nm(2P2→1S5)谱线的展宽、氩原子763.2 nm(2P6→1S5)与772.1 nm(2P2→1S3)两条谱线强度比法和氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线, 研究上述3种斑图的电子密度、电子激发温度及分子振动温度。结果发现, 随着外加电压的升高, 六边形点阵斑图、空心六边形斑图和蜂窝六边形斑图的电子密度逐渐减小, 而电子激发温度和分子振动温度逐渐增加。等离子体状态的改变直接影响着斑图的自组织。