平板等離子體紫外燈研究
在本文中，運用ITO 玻璃和多孔氧化鋁設計了一種平板等離子體紫外燈，最大輻射功率為230 mW。通過(guò)實(shí)驗方法，研究并討論了放電氣體壓強和放電氣體組成對平板等離子體紫外燈紫外光輻射效率的影響。通過(guò)優(yōu)化，平板等離子體燈的紫外燈紫外光輻強密度顯著(zhù)提高。實(shí)驗結果顯示：在3.3×104 Pa、氣體間隙0.71 mm、前板玻璃厚為2.8 mm 的平板等離子體紫外燈中，運用1 vol% 氮氣和99 vol% 氬氣混合氣體作為放電氣體時(shí)，紫外燈輻射功率密度最高可達到18 mW/m2。
介質(zhì)阻擋放電，又稱(chēng)無(wú)聲放電，可以在較高氣壓下產(chǎn)生均勻大面積低溫等離子體。除了常見(jiàn)的工業(yè)生產(chǎn)臭氧以外，在很多領(lǐng)域都有廣泛應用。通過(guò)介質(zhì)阻擋放電，可以產(chǎn)生效率較高的紫外和真空紫外輻射，等離子體顯示就是其中重要應用之一。紫外燈也是其中一種重要應用，在醫療領(lǐng)域有廣泛應用。通常紫外燈都是點(diǎn)光源或線(xiàn)光源，平板等離子體紫外燈很少被設計和提及。
在本文中，我們將設計一種平板紫外燈，紫外燈采用ITO 作為透明電極、多孔氧化鋁作為介質(zhì)。研究了放電氣體組成和氣體壓強對平板等離子體平板燈紫外光輻射功率密度的影響。實(shí)驗發(fā)現，通過(guò)這種設計制作的平板紫外燈，采用氬氣和氮氣混合氣體作為放電氣體，當氮氣含量提高時(shí)，輻射功率下降。當氮氣含量小于1 vol%、氣壓約為3.3×104 Pa 時(shí)，最大輻射功率密度約為18 mW/m2、輻射功率約為230 mW。
1、實(shí)驗
圖1 給出了平板等離子體紫外燈的結構：前板玻璃、后板玻璃、介質(zhì)層和放電氣體間隙。前板玻璃采用約2.8 mm的ITO 玻璃構成;后板電極采用鋁箔與玻璃粘接技術(shù)制作，在鋁箔表面通過(guò)陽(yáng)極氧化方法制作一層約20 μm 厚的介質(zhì)層(多孔氧化鋁，如圖2所示)。氣體間隙0.71 mm，紫外燈采用常規方法進(jìn)行密封，工作時(shí)以脈沖方波直流驅動(dòng)(頻率為40 kHz，脈沖寬度為2 μs)。
放電氣體采用氮氣和氬氣混合，其中氮氣含量從1 vol%變化到20 vol%。燈具及測試系統如圖3 所示，電壓電流采集到電腦，運用電壓電流積分法進(jìn)行光源功率計算。紫外光輻射功率密度通過(guò)功率計(2832-C 雙通道功率計) 進(jìn)行測試，并通過(guò)過(guò)濾器(SRG-610)將紫外燈發(fā)出的光分為200 nm~610 nm和610 nm 以上波長(cháng)兩部分。改變氣體成分和氣壓，研究氮氣含量和氣壓對平板等離子體紫外燈功率密度的影響。
圖1 平板等離子體紫外燈的結構示意圖
圖2 多孔氧化鋁掃描電子顯微鏡圖
圖3 平板等離子體紫外燈測試系統圖
結論
運用ITO 玻璃和電化學(xué)方法在鋁表面產(chǎn)生的多孔氧化鋁制成了平板等離子體紫外燈。通過(guò)設計優(yōu)化發(fā)現，當放電氣體為1 vol%氮氣+99vol%氬氣、氣壓為3.3×104 Pa 時(shí)，平板等離子體紫外燈的輻射功率密度相對最高，最高輻射功率密度為18 mW/m2，最大輻射功率約為230 mW。
