研究在大气压非热平衡等离子体中通过改进电源来实现高效等离子体生成的方法

《IEEE Transactions on Plasma Science》：Study of Power Supply Modification for Efficient Plasma Generation in Atmospheric Pressure Nonthermal Equilibrium Plasma

　　

作为一种具有优异综合性能的新型合金，高熵合金（HEAs）是否能够替代传统的CuCr合金用于接触应用，仍需要系统而深入的研究。目前，关于在高压条件下新接触材料等离子体行为及其相关机制的研究还不够充分。在本文中，基于发射光谱原理，构建了一种用于测量Cu II（Cu+）激发温度的光学诊断系统，并分析了Cu+在真空电弧中的二维时空分布特性。同时，制备了CrCoFeNi增强的Cu基接触材料，并对其性能进行了研究。实验结果表明，随着CrCoFeNi含量的增加，电弧柱区域和近阳极区域在电弧峰值时刻及电弧熄灭时刻的Cu+浓度也随之增加。与纯Cu电极相比，添加CrCoFeNi颗粒相可以在一定程度上抑制电弧熄灭过程中的近阴极热场发射现象。

接触材料是目前真空断路器（VCB）中最广泛使用的材料[1]。研究电弧微粒的分布和演化机制有助于深入揭示电弧与CuCr接触材料表面之间的相互作用本质。目前，针对CuCr接触材料电弧间隙中等离子体的诊断方法日益多样化，对其粒子传输特性的研究也相对深入。尽管探针诊断[2]具有设备简单、可测量参数丰富的优点，但容易对电弧等离子体产生显著干扰，从而大大限制了其应用范围。吸收光谱[3]只能获得基态原子的密度信息，无法有效测量高能电子和激发态粒子。由于光谱仪狭缝的限制，这两种诊断方法的结果只能反映一维的特征谱线和粒子密度，难以准确描述整个电弧间隙中微粒的时空演化特性。通过配备带通干涉滤光片的高速相机技术[4]、[5]、[6]、[7]、[8]，实现了真空电弧中微粒参数的二维分布诊断。Shack–Hartmann测量技术受空间分辨率和环境干扰的限制，应用效果有限[9]、[10]、[11]。激光诱导荧光在定量计算方面精度较低，无法测量电子和金属离子的分布，且激光光源的成本极高[12]、[13]。随着VCB向更高电压水平的发展[14]，这对CuCr合金既带来了机遇也带来了挑战。优化接触材料的成分设计是提高VCB绝缘耐受能力的关键途径之一。为CuCr合金建立的成熟等离子体观测技术也可用于分析新型接触材料的传输特性。