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大气压射频介质阻挡辉光放电的数值模拟研究
作 者: 钱宇骏
导 师: 石建军
学 校: 东华大学
专 业: 等离子体物理
关键词: 介质阻挡放电 射频辉光放电 数值模拟 脉冲调制
分类号: O461.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
大气压下辉光放电具有广泛应用价值,尤其是在表面改性,半导体刻蚀,薄膜制备,生物灭菌等领域,此类等离子体源无需真空条件,在大气压下加载千赫兹到兆赫兹射频电源就能产生。在射频条件下,由于电子和等离子体中产生的活性粒子被限制在主等离子体区。所以能够获得持续稳定的放电。影响大气压射频介质阻挡放电的因素主要包括:1.阻挡介质材料特性,放电间隙大小,电极的形状等。2.激发源不同,包括重复频率,波形等。3.放电环境的影响,由于是大气压非真空下的放电,所以不同杂质气体对放电有影响,还包括气压变化,流速等。由于大气压等离子体的特殊性,目前很难测量等离子体中的微观特性,所以关于其放电机理还在研究中。为了更进一步的了解放电特性和机理,本文通过数值模拟的手段来研究放电特性在不同条件下的变化。低温等离子体是一个由多种带电粒子组成的复杂系统,涉及粒子的动力学,扩散和输运方程,麦克斯韦方程组,还有很多表面反应,所以要对其模拟研究很复杂,为了简化运算并能反映整体特性,研究中采用流体模型,建立大气压下射频介质阻挡放电模型,并据此研究了在一维和二维介质阻挡放电模型下放电特性和放电机理。主要研究了单射频电源介质阻挡放电,表征了放电空间中电子,电子平均能量,电场的时空演变过程,并在射频放电过程中加入脉冲调制,这为进一步深入了解射频介质阻挡辉光放电提供了理论依据,对发展均匀稳定大气压射频辉光放电技术提供了理论指导,特别是脉冲调制参数(调制脉冲重复频率和占空比)的选择能有效的降低等离子体放电功耗以及等离子体的温度,这为大气压射频辉光放电等离子体的应用奠定了理论基础。
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全文目录
摘要 5-7 ABSTRACT 7-12 第一章 绪论 12-27 1.1 前言 12-17 1.1.1 等离子体概念 12 1.1.2 等离子体的分类 12-13 1.1.3 DBD放电发展历史 13 1.1.4 DBD等离子体的基本特性 13-15 1.1.5 放电参数对等离子体的影响 15-17 1.1.5.1 介电常数对放电的影响 15-16 1.1.5.2 介质厚度对放电的影响 16-17 1.1.5.3 外加电压对放电的影响 17 1.1.5.4 放电间隙对放电的影响 17 1.2 等离子体数值模拟 17-25 1.2.1 等离子体模拟的发展历史 17-18 1.2.2 离子体模拟的理论基础 18 1.2.3 等离子体模拟方法 18-25 1.2.3.1 流体模型 20-22 1.2.3.2 PIC模型 22-25 1.2.3.3 混合模型 25 1.3 论文研究内容及创新 25-27 1.3.1 论文研究结构 25 1.3.2 研究创新 25-27 第二章 模型的理论研究 27-39 2.1 放电的物理过程介绍 27-28 2.2 数值模型 28-39 2.2.1 电流方程 29-31 2.2.2 对流扩散方程 31-35 2.2.3 模型描述方程 35-36 2.2.4 初始值及边界条件 36-39 第三章 模型的建立 39-47 3.1 Comsol软件的介绍 39 3.2 模型的建立 39-47 3.2.1 模型的定义 40-41 3.2.2 模型的几何 41-42 3.2.3 模型的材料 42-43 3.2.4 放电模块的定义 43-45 3.2.5 网格的划分 45-46 3.2.6 数据的运算 46 3.2.7 模拟的结果 46-47 第四章 一维DBD数值模拟结果 47-60 4.1 一维模型的简单介绍 47 4.2 数值模拟结果 47-60 4.2.1 射频放电的模拟结果 48-54 4.2.1.1 电子密度的时空演变 48-50 4.2.1.2 电场的时空演变 50-52 4.2.1.3 平均电子能量的变化 52-54 4.2.1.4 位移电流密度变化 54 4.2.2 脉冲调制射频放电的模拟结果 54-60 4.2.2.1 不同占空比下电子密度的变化 54-56 4.2.2.2 不同占空比下电场的变化 56-57 4.2.2.3 不同占空比下平均电子能量的变化 57 4.2.2.4 不同占空比下位移电流密度的变化 57-60 第五章 二维DBD数值模拟结果 60-66 5.1 二维模型的简单介绍 60 5.2 数值模拟结果 60-66 5.2.1 二维射频DBD模拟结果及讨论 60-63 5.2.2 二维脉冲调制射频模拟结果及讨论 63-66 第六章 结论 66-68 参考文献 68-72 攻读硕士期间发表论文 72-73 致谢 73-74
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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 真空电子学(电子物理学) > 气体放电(气体导电) > 各类型放电
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