噴射式大氣電漿電腦數值模擬研究—氦氣電漿參數之分析與探討

Study of Atmospheric Pressure Plasma Discharge by Computer Simulation: Analysis and Investigation of Helium Plasma Parameters

王紹儒(Shao-Ju Wang)

指導教授 ： 陳金順 ； 柳克強

國立清華大學/原子科學院/工程與系統科學系/碩士(2009年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2009.00186

摘要

噴射式大氣電漿(atmospheric pressure plasma jet, APPJ)近年極受重視，發展迅速，其可操作於一大氣壓環境，因此降低對高價真空設備之需求，更重要的是噴射式大氣電漿利用射頻產生非平衡電漿，其中電子溫度與密度極高，其值或數量級約為2 eV與1017 m-3左右，但氣體溫度可保持在室溫附近(約300 K)，因此適合應用於生醫、紡織與軟性電子基板等之表面處理式鍍膜。另一方面，噴射式大氣電漿之結構為線性開槽式，所產生之電漿適合應用於傳輸式處理設備，並易於放大尺寸，具廣泛工業應用潛力。本論文主要以氦氣進行數值模擬計算(採用CFDRC模擬計算軟體)，配合所考慮的反應式，給予適當的電壓與氣體流速，探討各項電漿參數的分布情形。大部分的電漿參數，如電子密度、離子密度、或激發態原子密度等，在射頻電壓可接受範圍之內，均是隨著時間成長到一定數量而逐漸達穩定，而在本論文所使用的1.8 mm通道寬度、射頻電壓350 V與氣體流速10 m/s的條件下，激發態原子密度較電離子密度高約三個數量級。另外並改變射頻電壓與氣體流速等操作條件，比較各項電漿參數的變化，若要提昇通道內的電漿密度，則可藉由提高射頻電壓與降低氣體流速來達成。最後將降激發反應系列所使用之反應速率常數或碰撞截面資料做比較，發現不論採取何種條件進行計算，均不影響其模擬結果。

關鍵字

噴射式大氣電漿 ； 數值模擬

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