无电介质射流的物理基础

Hicks小组开发的一种早期N-APPJ是DFE射流，如图1.3.1所示[55，92]。射流由13.56 MHz的射频电源驱动。它由与电源相连的高压电极和外部的地电极组成。He与少量的活性气体的混合物被送入两个电极之间的环形空间。该装置需要冷却水以防止射流过热，等离子体射流的气体温度根据射频功率在50℃到300℃之间。在没有明显电弧的情况下，稳定运行条件是：He流量大于25L/min，O2浓度最高为3.0%（体积），CF4浓度最高为4.0%（体积），射频功率在50 W至500 W之间。

图1.3.1　无电介质射流装置示意图[55](www.xing528.com)

DFE射流有几个显著特征。第一，当不满足稳定的运行条件时，不可避免地会产生电弧。第二，与下面将要讨论的DBD射流和类DBD射流相比，DFE射流输入到等离子体的功率要高得多。第三，由于功率高，该等离子体的气体温度较高，并且超出了生物医学应用可接受的范围。第四，对于由射频电源驱动的DFE射流，峰值电压仅为几百伏，因此放电间隙内的电场相对较低，其电场方向是径向的（垂直于气体流动方向）。等离子体射流区域中的电场强度甚至更低，尤其是沿着等离子体射流推进方向（气体流动方向）。第五，由于沿等离子体射流推进方向的电场强度非常低，因此这种等离子体射流的产生可能是气流驱动的，而不是电场驱动的。

另一方面，由于DFE射流可以向等离子体输送相对较高的功率并且气体温度较高，因此等离子体具有很高的活性。这种等离子体射流适用于对温度不是很敏感的材料处理应用。