1、近年來，低溫等離子體研究領(lǐng)域中，大氣壓冷等離子體射流放電成為研究熱點之一。不同于受放電區(qū)域空間狹小等因素限制的傳統(tǒng)大氣壓介質(zhì)阻擋放電技術(shù)，大氣壓冷等離子體射流放電技術(shù)實現(xiàn)了放電區(qū)與等離子體射流區(qū)的分離，即在放電區(qū)形成富集電子、離子、激發(fā)態(tài)原子、分子及自由基等活性粒子的等離子體，通過電場與氣流場的作用，將富能活性粒子輸運到放電區(qū)外的開放空間形成射流狀等離子體。因此，大氣壓冷等離子體射流在保持氣體溫度低的同時能夠保持較高濃度化學活性成分。由

2、于具有操作快捷及成本低廉等諸多優(yōu)點，大氣壓射流等離子體無論是在材料合成、加工及改性等傳統(tǒng)應用領(lǐng)域，還是在生物醫(yī)學、環(huán)境及化工等新興工程學應用上都表現(xiàn)出了良好的應用前景，在一些特殊領(lǐng)域（溫度敏感材料、復雜形狀工件等）更是體現(xiàn)了其獨特的技術(shù)優(yōu)勢。
　　為能夠大規(guī)模應用到實際工業(yè)生產(chǎn)中，必須對射流等離子體源技術(shù)進行優(yōu)化，特別是增大射流等離子體的體積和截面積。為此，不僅需要診斷等離子體射流的基本參數(shù)，以便能夠弄清楚等離子體射流產(chǎn)生及發(fā)展的

3、基本物理過程，而且還需要對冷等離子體射流的放電放大技術(shù)和機理進行探索。為此，本文以冷等離子體射流作為對象展開了以下研究，并取得了相應研究結(jié)果:
　　1.提出了一種新型的級聯(lián)式三電極介質(zhì)阻擋放電結(jié)構(gòu)，三個電極分別為驅(qū)動極、輔助極和接地極。以氬氣以及氬氣和氮氣混合氣為工作氣體，用常用DBD交流電源驅(qū)動，在近大氣壓（750 Torr）下實現(xiàn)一種較大尺寸的類輝光放電流冷等離子體，直徑可達數(shù)厘米。相比于傳統(tǒng)的介質(zhì)阻擋放電冷等離子體射流，射流

4、截面直徑增加了數(shù)倍。研究證實:放電區(qū)可以區(qū)分為相連的兩個區(qū)域，其中輔助電極與接地極之間形成了等離子體射流。比對放電電流及電壓波形，可以確認兩個放電區(qū)具有密切相關(guān)性。研究了射流區(qū)的發(fā)射光譜，計算了射流區(qū)的轉(zhuǎn)動溫度和振動溫度，發(fā)現(xiàn):不同放電條件下，射流轉(zhuǎn)動溫度為300 K左右，振動溫度為1800 K左右，可見射流等離子體屬于非平衡狀態(tài)。通過分析射流區(qū)照片亮度分布，表征了射流等離子體的空間分布。
　　2.三電極放電結(jié)構(gòu)不僅在常用DBD放

5、電電源的頻率范圍內(nèi)可產(chǎn)生冷等離子體射流，而且采用工業(yè)頻率13.56MHz的射頻電源驅(qū)動，通過改變功率的大小，亦可以實現(xiàn)穩(wěn)定放電。細致研究了放電狀態(tài)及其演變過程，得到了放電區(qū)的振動溫度和轉(zhuǎn)動溫度隨功率改變的變化趨勢。發(fā)現(xiàn)放電的α模式，α+γ模式，γ模式階段可用溫度來區(qū)分。還進一步探究了在氬氣工作氣體中加入氧氣，以增加化學活性粒子的種類的可行性。研究了氧氣混合對放電特性的影響，確定了氧氣的摻入最佳比例為0.9％。
　　3.在三電極結(jié)構(gòu)

6、的第一級DBD放電中發(fā)現(xiàn)了新型非線性現(xiàn)象。由于第一級環(huán)-環(huán)型電極的獨特結(jié)構(gòu)，其中的DBD放電表現(xiàn)出了多種時空有序的自組織放電現(xiàn)象，可分為兩種:DBD放電通道的斑圖結(jié)構(gòu)，即空間域上的自組織現(xiàn)象;DBD放電通道電流的周期倍增現(xiàn)象，即時間域上的有序化現(xiàn)象。為了探索第一級DBD放電通道之間的斑圖放電行為，設(shè)計了一種環(huán)-板結(jié)構(gòu)的電極，這種電極結(jié)構(gòu)具有高度幾何對稱性，可消除不規(guī)則邊界或者電極端點等特殊幾何條件的影響，亦可避免原結(jié)構(gòu)中放電間隙不均勻的

7、缺點。利用這種結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了三種不同的放電模式:即自組織斑圖、擴散放電模式及絲狀放電模式。在一定的放電條件區(qū)間內(nèi)，可以產(chǎn)生穩(wěn)定對稱的斑圖結(jié)構(gòu)。由于圓環(huán)電極的獨特設(shè)計，在斑圖模式中，每個斑點的對應放電通道在放電體系中具有等同地位，從而形成一種穩(wěn)定且高度對稱的放電圖案。研究了外加電壓、電源頻率及氣體組分等對斑圖結(jié)構(gòu)的影響，證實了斑圖中各斑點放電通道之間的部分全同性。
　　4.為了研究單一DBD放電通道的周期倍增行為，將第一級DBD環(huán)-環(huán)

8、電極變形為針-板結(jié)構(gòu)，以穩(wěn)定形成單一的DBD放電通道。周期倍增放電現(xiàn)象是一種在特定放電條件下放電電流脈沖重復周期的多種倍增結(jié)構(gòu)。利用針板電極結(jié)構(gòu)，在較大的實驗參數(shù)范圍內(nèi)首次實現(xiàn)了一種漸變式二倍周期放電模式。從近大氣壓到數(shù)托量級之間的氣壓范圍內(nèi)，這種模式均能發(fā)生。研究放電V-I波形，確定了二倍周期放電模式漸變特性。改變氣壓和驅(qū)動頻率等實驗參數(shù)，得出了電壓-氣壓-頻率構(gòu)成的相空間中這種二倍周期放電模式的存在域，確認了這種二倍周期放電模式的穩(wěn)

9、定性和普遍性。本文認為這種二倍周期模式不是非線性系統(tǒng)分岔動力學機制所致，而是介質(zhì)層表面充放電的周期性引起的，由此提出了二倍周期現(xiàn)象的一種新機制。
　　5.冷等離子體射流的不同應用領(lǐng)域要求在不同的混合氣體中都能實現(xiàn)穩(wěn)定放電，以產(chǎn)生各類活性成分。針對新發(fā)展的冷等離子體射流放電技術(shù)，選擇了兩種應用背景，開展了混合氣體射流放電的研究。(1)為了提高射流放電的密度和狀態(tài)可控性，針對含O2混合氣體，設(shè)計了直流增強式三電極DBD放電射流發(fā)生裝置

10、。其中懸浮電極施加交流驅(qū)動，并與接地極構(gòu)成環(huán)-板DBD構(gòu)型，驅(qū)動電極施加直流電壓，以增強射流放電，實現(xiàn)了直流增強型大直徑氧氣射流等離子體。改變直流電壓，研究了臭氧的產(chǎn)生規(guī)律，隨著直流電壓升高，臭氧的濃度逐漸升高，直至達到一定峰值，然后逐漸降低，但仍高于無直流增強放電的臭氧濃度。(2)在含CH3I混合氣體中，實現(xiàn)了大通量的碘原子產(chǎn)生。為此，在三電極射流放電結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，將懸浮電極用一個大體積的介質(zhì)瓶代替，形成了一種獨特的三電極放電射流引出結(jié)