平板等離子體紫外光源紫外光輻射效率研究

　　制作了一個(gè)平板等離子體紫外光源:以透明導(dǎo)電膜(ITO)玻璃作為前極板;與玻璃牢固結(jié)合、厚度為50mm的鋁箔作為后極板，直接制備于鋁箔上、厚度為20mm的多孔氧化鋁作為介質(zhì)。介紹了平板紫外光源的結(jié)構(gòu)與實(shí)驗(yàn)過程，研究并討論了放電氣體組成和放電氣體壓強(qiáng)對(duì)平板等離子體紫外光源紫外光輻射效率的影響。通過結(jié)構(gòu)調(diào)整與參數(shù)優(yōu)化，平板等離子體紫外光源的紫外光輻射效率顯著提高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:基于表面為多孔氧化鋁的鋁箔和ITO玻璃可以設(shè)計(jì)出平板等離子體紫外光源;在一個(gè)尺寸為130mm×90mm、氣體間隙0.71mm、前板玻璃厚為218mm的平板等離子體紫外光源中，當(dāng)以1%(體積比)氮?dú)夂?9%氬氣的混合氣體作為放電氣體、放電氣體壓強(qiáng)250×133Pa時(shí)，紫外光源輻射效率可達(dá)5%左右，最大輻射功率為230mW。

　　等離子體光源，即氣體放電光源是低溫等離子體的重要應(yīng)用之一。等離子體光源是當(dāng)今最主要的光源，等離子體中的激發(fā)態(tài)粒子退激時(shí)可以產(chǎn)生效率較高的紫外和真空紫外輻射。紫外光源是等離子體光源的一種，在日常生活和醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。從點(diǎn)到線、到面是光源發(fā)展的趨勢，通常等離子體紫外光源以點(diǎn)光源或線光源最常見，面光源型的平板等離子體紫外光源很少被設(shè)計(jì)和提及。

　　在本文中，采用ITO作為前極板、與玻璃牢固結(jié)合的鋁箔作為后極板、多孔氧化鋁作為介質(zhì)，設(shè)計(jì)了一種平板等離子體紫外光源。通過實(shí)驗(yàn)方法研究并討論了放電氣體組成和氣體壓強(qiáng)等對(duì)平板等離子體紫外光源紫外光輻射效率的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的平板等離子體紫外光源中，當(dāng)放電氣體為1%氮?dú)?體積比)和99%氬氣混合氣體、氣體壓強(qiáng)約為250×133Pa時(shí)，一個(gè)尺寸為130×90mm的平板等離子體紫外光源的最大輻射效率約為5%、最大輻射功率約為230mW。

1、實(shí)驗(yàn)

　　圖1給出了平板等離子體紫外光源的結(jié)構(gòu)示意圖，光源由前極板、后極板、介質(zhì)層和放電氣體間隙組成。其中前極板采用厚度為218mm的透明導(dǎo)電膜(ITO)玻璃;后極板采用與玻璃牢固粘接、厚度約為50mm的鋁箔;通過陽極氧化方法(如圖2所示)在鋁箔表面制作一層約20mm厚的多孔氧化鋁(如圖3所示)充當(dāng)介質(zhì)層。氣體間隙為0.71mm，光源尺寸為130mm×90mm。光源應(yīng)用常規(guī)方法進(jìn)行密封，以脈沖方波直流進(jìn)行驅(qū)動(dòng)(頻率為20kHz，脈沖寬度為2ms)。放電氣體采用氮?dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚怏w。

圖1 平板等離子體紫外光源的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 陽極氧化裝置圖

圖3 多孔氧化鋁掃描電子顯微鏡圖

　　平板等離子體平板光源如圖4所示，電壓電流信息由示波器采集并通過數(shù)據(jù)采集卡采集到電腦，運(yùn)用電壓電流積分法進(jìn)行光源功率計(jì)算。紫外光輻射功率密度通過功率計(jì)(2832-C雙通道功率計(jì))進(jìn)行測量，通過過濾器(SRG-610)將紫外光源輻射分為波長在200~610nm和610nm以上兩部分。運(yùn)用功率計(jì)測量光源的紫外光輻射功率密度乘以光源面積得到紫外光輻射功率，再除以光源功率即得平板等離子體紫外光源的紫外光輻射效率。改變氣體成分(氮?dú)夂�量�?%變化到20%)和氣體壓強(qiáng)(從100×133Pa變化到400×133Pa)，研究氣體組成和氣體壓強(qiáng)對(duì)平板等離子體紫外光輻射效率的影響。

3、結(jié)論

　　采用ITO玻璃、與玻璃牢固結(jié)合的鋁箔和鋁箔表面通過電化學(xué)方法制備的多孔氧化鋁，制成了平板等離子體紫外光源。對(duì)光源氣體組成和氣體壓強(qiáng)進(jìn)了優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:采用優(yōu)化尺寸的平板等離子體紫外光源，當(dāng)放電氣體為1%氮?dú)?99%氬氣、氣壓為250×133Pa時(shí)，尺寸為130mm×90mm、前板玻璃厚度為218mm、放電氣體間隙為0171mm的平板等離子體紫外光源的輻射效率相對(duì)最高。最大輻射效率約為5%，最大輻射功率約為230mW。