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静电涂油与辉光放电技术分析

Published:2019-07-12 14:12:52 Writer:admin

来源:盐城创鼎静电科技有限公司 作者:创鼎静电科技

辉光放电(glow discharge)是指低压气体中显示辉光气体放电现象,即是稀薄气体中的自持放电(自激导电)现象。由法拉第第一个发现。它包括亚正常辉光和反常辉光两个过渡阶段。辉光放电主要应用于氖稳压管、氦氖激光器等器件的制造。

原理:

辉光放电是种低气压放电(Low pressure discharge)现象,工作压力一般都低于10 mbar,其基本构造是在封闭的容器内放置两个平行的电极板,利用产生的电子将中性原子或分子激发,而被激发的粒子由激发态降回基态时会以光的形式释放出能量。

放电状态:

辉光放电有亚正常辉光和反常辉光两个过渡阶段,放电的整个通道由不同亮度的区间组成,即由阴极表面开始,依次为:阿斯通暗区;阴极光层;阴极暗区(克鲁克斯暗区);负辉光区;

法拉第暗区;正柱区;阳极暗区;阳极光层。其中以负辉光区、法拉第暗区和正柱区为主体。这些光区是空间电离过程及电荷分布所造成的结果,与气体类别、气体压力、电极材料等因素有关,这些都可以从放电理论上作出解释。辉光放电时,在两个电极附近聚集了较多的异号空间电荷,因而形成明显的电位降落,分别称为阴极压降和阳极压降。阴极压降又是电极间电位降落的主要成分,在正常辉光放电时,两极间的电压不随电流变化,即具有稳压的特性。

辉光放电时,在放电管两极电场的作用下,电子和正离子分别向阳极阴极运动,并堆积在两极附近形成空间电荷区。因正离子的漂移速度远小于电子,故正离子空间电荷区的电荷密度比电子空间电荷区大得多,使得整个极间电压几乎全部集中在阴极附近的狭窄区域内。这是辉光放电的显著特征,而且在正常辉光放电时,两极间电压不随电流变化。

简单的辉光放电示意图

在阴极附近,二次电子发射产生的电子在较短距离内尚未得到足够的能使气体分子电离或激发的动能,所以紧接阴极的区域不发光。而在阴极辉区,电子已获得足够的能量碰撞气体分子,使之电离或激发发光。其余暗区和辉区的形成也主要取决于电子到达该区的动能以及气体的压强(电子与气体分子的非弹性碰撞会失去动能)。

1831~1835年,M.法拉第在研究低气压放电时发现辉光放电现象和法拉第暗区。1858年,J.普吕克尔在1/100托下研究辉光放电时发现了阴极射线,成为19世纪末粒子辐射和原子物理研究的先驱。由于大气压辉光放电技术目前虽有报道但技术还不成熟,没有见到可用于工业生产的设备。而次大气压辉光放电技术则已经成熟并被应用于工业化的生产中。次大气压辉光放电可以处理各种材料,成本低、处理的时间短、加入各种气体的气氛含量高、功率密度大、处理效率高。可应用于表面聚合、表面接枝、金属渗氮、冶金、表面催化、化学合成及各种粉、粒、片材料的表面改性和纺织品的表面处理。次大气压下辉光放电的视觉特征呈现均匀的雾状放电;放电时电极两端的电压低而功率密度大;处理纺织品和碳纤维等材料时不会出现击穿和燃烧并且处理温度接近室温。次大气压辉光放电技术目前可用于低温材料、生物材料、异型材料的表面亲水处理和表面接枝、表面聚合、金属渗氮、冶金、表面催化、化学合成等工艺。由于是在次大气压条件下的辉光放电,处理环境的气氛浓度高,电子和离子的能量可达10eV以上。材料批处理的效率要高于低气压辉光放电10倍以上。 可处理金属、非金属、(碳)

纤维、金属纤维、微粒、粉末等。

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应用领域:

辉光放电的主要应用是利用其发光效应(如霓虹灯日光灯)以及正常辉光放电的稳压效应(如氖稳压管)。 利用辉光放电的正柱区产生激光的特性,制做氦氖激光器

近年来,辉光放电在污水处理、灭菌消毒、聚合物材料表面改性、分析仪器离子源等方面也多有应用。创鼎静电涂油的吸附端锯齿表面和空气中高压时也会产生辉光现象。 

由于其特点,辉光发电应用于发射光谱分析,用作气体分析和难激发元素分析的激发光源。在玻璃管两端各接一平板电极,充入惰性气体,加数百伏直流电压,管内便产生辉光放电,其电流为10-4~10-2A。放电形式与气体性质、压力、放电管尺寸、电极材料、形状和距离有关。利用其在发射光谱中的应用,可以检测铅的浓度等。

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