Study on the periodic discharge characteristics of atmospheric-pressure dual-pulse-modulated microwave Ar plasma jet

大气压微波氩等离子体射流因其较高的电子密度和丰富的活性粒子, 在材料改性和生物医学等领域具有重要应用前景. 然而, 其时空分布的不规则抖动限制了精确调控, 制约了实际应用. 为此, 本文采用双重脉冲调制方式, 研究了微波等离子体射流的周期性演化特性以及高频脉冲占空比对氩等离子体射流周期性演化特性的影响. 实验发现: (1) 维持高频脉冲50%占空比时, 随着高频脉冲周期数的增加, 等离子体射流逐渐由不稳定的随机放电发展为稳定放电, 并最终形成稳定的等离子体射流; 该演化过程的机理解释如下: 前50个高频脉冲周期内, 残余电子和活性粒子太少致使瞬态随机放电涨落; 随后的周期中, 残余种子电子和活性粒子不断累积, 促进了放电过程的稳定; 最终残余电子和活性粒子进一步累积达到饱和, 推动电离波形成稳定的等离子体射流并维持放电型貌稳态. (2) 更高的高频脉冲占空比会促使首次放电、稳定放电的时刻及形成、维持稳定等离子体射流的时刻提前; 这是由于更长的脉冲持续时间延长了种子电子和活性粒子的累积时间, 同时更短的脉冲间歇减少了种子电子和活性粒子衰减的时长, 使得电荷和激发态粒子累积加快. 此外, 更高的高频脉冲占空比促进了二次电离峰宽拓宽, 延长了二次电离增强时延, 使得放电通道得以更快地建立并维持. 研究结果揭示了双重脉冲调制微波Ar等离子体射流周期性放电规律, 为精准调控大气压微波等离子体射流的稳定性及其参数的时空分布提供了重要参考.