來(lái)源:鹽城創(chuàng)鼎靜電科技有限公司 作者:創(chuàng)鼎靜電科技
輝光放電(glow discharge)是指低壓氣體中顯示輝光的氣體放電現(xiàn)象,即是稀薄氣體中的自持放電(自激導(dǎo)電)現(xiàn)象。由法拉第第一個(gè)發(fā)現(xiàn)。它包括亞正常輝光和反常輝光兩個(gè)過(guò)渡階段。輝光放電主要應(yīng)用于氖穩(wěn)壓管、氦氖激光器等器件的制造。
原理:
輝光放電是種低氣壓放電(Low pressure discharge)現(xiàn)象,工作壓力一般都低于10 mbar,其基本構(gòu)造是在封閉的容器內(nèi)放置兩個(gè)平行的電極板,利用產(chǎn)生的電子將中性原子或分子激發(fā),而被激發(fā)的粒子由激發(fā)態(tài)降回基態(tài)時(shí)會(huì)以光的形式釋放出能量。
放電狀態(tài):
輝光放電有亞正常輝光和反常輝光兩個(gè)過(guò)渡階段,放電的整個(gè)通道由不同亮度的區(qū)間組成,即由陰極表面開始,依次為:阿斯通暗區(qū);陰極光層;陰極暗區(qū)(克魯克斯暗區(qū));負(fù)輝光區(qū);
法拉第暗區(qū);正柱區(qū);陽(yáng)極暗區(qū);陽(yáng)極光層。其中以負(fù)輝光區(qū)、法拉第暗區(qū)和正柱區(qū)為主體。這些光區(qū)是空間電離過(guò)程及電荷分布所造成的結(jié)果,與氣體類別、氣體壓力、電極材料等因素有關(guān),這些都可以從放電理論上作出解釋。輝光放電時(shí),在兩個(gè)電極附近聚集了較多的異號(hào)空間電荷,因而形成明顯的電位降落,分別稱為陰極壓降和陽(yáng)極壓降。陰極壓降又是電極間電位降落的主要成分,在正常輝光放電時(shí),兩極間的電壓不隨電流變化,即具有穩(wěn)壓的特性。
輝光放電時(shí),在放電管兩極電場(chǎng)的作用下,電子和正離子分別向陽(yáng)極、陰極運(yùn)動(dòng),并堆積在兩極附近形成空間電荷區(qū)。因正離子的漂移速度遠(yuǎn)小于電子,故正離子空間電荷區(qū)的電荷密度比電子空間電荷區(qū)大得多,使得整個(gè)極間電壓幾乎全部集中在陰極附近的狹窄區(qū)域內(nèi)。這是輝光放電的顯著特征,而且在正常輝光放電時(shí),兩極間電壓不隨電流變化。
簡(jiǎn)單的輝光放電示意圖
在陰極附近,二次電子發(fā)射產(chǎn)生的電子在較短距離內(nèi)尚未得到足夠的能使氣體分子電離或激發(fā)的動(dòng)能,所以緊接陰極的區(qū)域不發(fā)光。而在陰極輝區(qū),電子已獲得足夠的能量碰撞氣體分子,使之電離或激發(fā)發(fā)光。其余暗區(qū)和輝區(qū)的形成也主要取決于電子到達(dá)該區(qū)的動(dòng)能以及氣體的壓強(qiáng)(電子與氣體分子的非彈性碰撞會(huì)失去動(dòng)能)。
1831~1835年,M.法拉第在研究低氣壓放電時(shí)發(fā)現(xiàn)輝光放電現(xiàn)象和法拉第暗區(qū)。1858年,J.普呂克爾在1/100托下研究輝光放電時(shí)發(fā)現(xiàn)了陰極射線,成為19世紀(jì)末粒子輻射和原子物理研究的先驅(qū)。由于大氣壓輝光放電技術(shù)目前雖有報(bào)道但技術(shù)還不成熟,沒(méi)有見(jiàn)到可用于工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備。而次大氣壓輝光放電技術(shù)則已經(jīng)成熟并被應(yīng)用于工業(yè)化的生產(chǎn)中。次大氣壓輝光放電可以處理各種材料,成本低、處理的時(shí)間短、加入各種氣體的氣氛含量高、功率密度大、處理效率高??蓱?yīng)用于表面聚合、表面接枝、金屬滲氮、冶金、表面催化、化學(xué)合成及各種粉、粒、片材料的表面改性和紡織品的表面處理。次大氣壓下輝光放電的視覺(jué)特征呈現(xiàn)均勻的霧狀放電;放電時(shí)電極兩端的電壓低而功率密度大;處理紡織品和碳纖維等材料時(shí)不會(huì)出現(xiàn)擊穿和燃燒并且處理溫度接近室溫。次大氣壓輝光放電技術(shù)目前可用于低溫材料、生物材料、異型材料的表面親水處理和表面接枝、表面聚合、金屬滲氮、冶金、表面催化、化學(xué)合成等工藝。由于是在次大氣壓條件下的輝光放電,處理環(huán)境的氣氛濃度高,電子和離子的能量可達(dá)10eV以上。材料批處理的效率要高于低氣壓輝光放電10倍以上。 可處理金屬、非金屬、(碳)
纖維、金屬纖維、微粒、粉末等。
應(yīng)用領(lǐng)域:
輝光放電的主要應(yīng)用是利用其發(fā)光效應(yīng)(如霓虹燈、日光燈)以及正常輝光放電的穩(wěn)壓效應(yīng)(如氖穩(wěn)壓管)。 利用輝光放電的正柱區(qū)產(chǎn)生激光的特性,制做氦氖激光器。
近年來(lái),輝光放電在污水處理、滅菌消毒、聚合物材料表面改性、分析儀器離子源等方面也多有應(yīng)用。創(chuàng)鼎靜電涂油的吸附端鋸齒表面和空氣中高壓時(shí)也會(huì)產(chǎn)生輝光現(xiàn)象。
由于其特點(diǎn),輝光發(fā)電應(yīng)用于發(fā)射光譜分析,用作氣體分析和難激發(fā)元素分析的激發(fā)光源。在玻璃管兩端各接一平板電極,充入惰性氣體,加數(shù)百伏直流電壓,管內(nèi)便產(chǎn)生輝光放電,其電流為10-4~10-2A。放電形式與氣體性質(zhì)、壓力、放電管尺寸、電極材料、形狀和距離有關(guān)。利用其在發(fā)射光譜中的應(yīng)用,可以檢測(cè)鉛的濃度等。
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