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摘要
大气压空气等离子体射流(空气APPJ)能够在开放的大气环境中产生高活性低温等离子体,在细菌灭活、材料表面处理和生物医学应用等方面有广泛应用前景,但是目前空气放电击穿电压高,放电稳定性较差,射流长度较短、径向尺寸小等限制了它的应用。为了降低放电电压及维持放电稳定性,本文在高压电极上包裹一层介质,设计出一种介质包覆的针-金属喷嘴结构的空气APPJ枪,利用COMSOL的静电场模块对枪体的电学特性进行仿真,研究针尖曲率半径、电极间距以及针电极直径等参数对电势和电场的空间分布的影响,发现针尖曲率半径对于场强最大值有较大影响。据此,选择合适的参数,设计并制备了枪体。该枪在交流驱动下能够稳定放电,APPJ径向尺寸3 mm左右、长度达到17 mm。分析了射流长度、功率和气体温度随气流流速的变化,并与氮气和氩气放电进行了比较,其放电参数与氮气基本相当,与氩气相比,放电功率大,温度高,但射流长且径向尺寸宽,更适合活性反应场合的应用。
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