第二章 實驗方法
本研究所使用的 DC pulse -常壓平板型介電質屏蔽電漿束( DBD - APPJ )系統 (圖 2.1)，主要由兩大部分組成 ， 第一部份設備包含 : DC pulse 電源供應器、平板型介電 質電極及氣體管路系統。第二部份量測儀器包含 : 示波器量測電漿 I-V 特性、水銀溫度 計量測溫度與光譜儀(OES)量測電漿放光反應。
2.1 常壓平板型介電質屏蔽電漿束(DBD - APPJ)設備
常壓平板型介電質屏蔽電漿束(DBD - APPJ)所產生的電漿束，屬於 Townsend discharge 中的不正常放電區(abnormal discharge)。電漿會產生於兩介電質材料之間，常 使用的介電質材料有 Ceramic (99.5% Al2O3)、Quartz (99.995% SiO2)...等，其目的是為 了避免兩電極直接放電，本研究則設計平板型 DBD 電極連接電源系統與供氣系統並順 利產生電漿，其詳細設備皆於下詳述之 :
2.1.1 常壓電漿 DBD 電極系統
常壓電漿 DBD 電極設計(如圖 2.2 與 2.3 ) 所示，本研究設計的 Power 電極與 Ground 電極為上下的形式並且左右對稱，Power 電極式可上下移動以改變與 Ground 電極的距 離，Power 電極使用紅銅其尺寸為(50 mm × 8 mm × 15 mm)，Ground 電極也是使用紅銅 其尺寸為(50 mm × 8 mm × 10 mm)，兩電極間本身就有設計鐵氟龍包覆以防止兩電極直 接 Arc 與防止人為觸碰之危險，接著於中間放入 Quartz (99.995% SiO2)或 Ceramic(99.5%
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Al2O3)的介電質材料一是防止電極直接 Arc 用，並另用鐵弗龍墊片改變氣體的流道的尺 寸(0.2、0.3、0.5、0.8 與 1.5 mm) 。另外設計 Floating 電極(圖 2.4)使用鋁塊(1 mm×50
mm×15 mm)並鑽 50 個孔洞(φ=0.5 mm)放置於流道中，一端與 Power 電極有重疊關係，
另一端與 Ground 電極距離 2 mm 的設計。
2.1.2 DC 電源供給系統
所使用的 DC quasi pulsed 電源供應器是由 EN Technologies Inc.(Model Genius 2, 如 圖 2.5、2.6)，操作頻率為 20 kHz 到 60 kHz，最大輸出電壓為 15 kV (peak to peak)，最 大輸出功率為 2 kW，電源密度分成大、中與小三種模式可供調變(如圖 2.7)，本實驗選 擇電漿密度大的設定。
2.1.3 氣體供給系統
氣體供給系統由氦氣(Helium)、氬氣(Argon)與氧氣(Oxygen)鋼瓶經由調壓閥(如圖
2.7)控制出口壓力為 5 kg 在經由浮子流量計與(MFC)控制流量(如圖 2.9)，並將大量的氦 氣(Helium)、氬氣(Argon)氣體混合小流量氧氣(Oxygen)，並由管子連接到兩介電質平行 板之間流道，施加高電電壓於兩電極即可於兩介電質平行板之間產生電漿。
2.1.4 實驗腔體
本實驗為常壓電漿，所使用的腔體不在於抽真空 (如圖 2.10，其大致上有兩個目的:
第一腔體完全接地所以可以保護內部的電極所連接的高電壓多一層保護，第二是將內部 產生電漿的氣體經由抽風機抽至室外，以保持實驗室內部空氣的流暢。
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2.2 實驗分析儀器
DC pulse 電源連接上述之設備系統於一大氣壓下產生電漿，使用單眼相機拍攝電漿 的形式，示波器連接高壓探棒量測電壓與電流互感器量測電流以了解電漿的特性，並使 用水銀溫度計量測電漿溫度，也利用光譜儀(OES)量測電漿所放出的光的波長（180-900
nm)與電漿的 Rotation Temperature 其詳細的說明如下。
2.2.1 單眼相機
使用 Nikon 單眼相機(如圖 2.11, D7000)拍攝 post-discharge 的電漿形式，測試不同 的實驗參數經由拍攝或錄影電漿的形式，以了解電漿的變化。
2.2.2 I-V 電性量測
常壓電漿，所要量測的是兩電極中間產生電漿時期電壓與電流當作指標性電性參 數，所使用的高電壓探棒(Tektronix P6015A)(如圖 2.12 量測使用為 Rogowski coil(IPC
CM-100-MG, Ion Physical Corporation Inc.) (如圖 2.12 其訊號傳至示波器(如圖 2.12) Power 的效率會使用另一種方法量測，與線路上串聯一個耐高壓的電容(Cm=6.8 nF) (如 圖 2.12)並量測其電壓值，並將其與前面量測的電壓值作為 Lissajous Figure(如圖 2.13)
[
Wagner H.E. et al. 2003]，計算其面積即可推算電漿實際吸收的效率。
2.2.3 水銀溫度計
使用水銀溫度計(如圖 2.14)量測電漿出口處，不同位置其氣體溫度(Tg)的量測，其
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可以量測的溫度範圍介於 0℃至 400℃。
2.2.4 光譜儀(OES)
本實驗用來量測常壓電漿光譜訊號設備(如圖 2.15)，採用單光儀(PI Acton SP 2500) 內含光電倍增管(Hamamatsu R928)，藉由光纖連結一個光源偵測頭，將量測到的光譜訊 號傳回 OES 並送至軟體記錄分析。
電漿的產生主要是由受電場加速之電子，經過粒子間一連串的碰撞才會形成，依照 碰撞能量強弱，可能將粒子改變成以下之狀態:從低能階軌域至高能階軌域之激發
(excitation)、游離(ionization)、甚至是斷鍵解離(dissociation)，其中處在激發態之粒子並 不穩定，所以會經由 de-excitation 或 relaxation 的方式返回較穩定的低能階軌域，並伴隨 著發出特定波段的光來釋放能量。由於每一種粒子的能階組成各異，放射出的特性光譜 也不相同，利用此一特性，我們可以藉由量測光譜訊號和強度來判斷電漿中可能含有哪 些活性粒子。
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