A time-dependent, spatially one-dimensional fluid-Poisson model is applied to analyze the impact of small amounts of tetramethylsilane (TMS) as precursor on the discharge characteristics of an atmospheric-pressure dielectric barrier discharge (DBD) in argon. Based on an established reaction kinetics for argon, it includes a plasma chemistry for TMS, which is validated by measurements of the ignition voltage at the frequency $$f =86.2\, {\hbox{kHz}}$$ f = 86.2 kHz for TMS amounts of up to 200 ppm. Details of both a reduced Ar-TMS reaction kinetics scheme and an extended plasma-chemistry model involving about 60 species and 580 reactions related to TMS are given. It is found that good agreement between measured and calculated data can be obtained, when assuming that 25% of the reactions of TMS with excited argon atoms with a rate coefficient of $$3.0 \times 10^{-16}\, {\hbox{m}^3/\hbox{s}}$$ 3.0 × 10 - 16 m 3 / s lead to the production of electrons due to Penning ionization. Modeling results for an applied voltage $${U}_{{\mathrm{a}},0} = 4\, {\hbox{kV}}$$ U a , 0 = 4 kV show that TMS is depleted during the residence time of the plasma in the DBD, where the percentage consumption of TMS decreases with increasing TMS fraction because only a finite number of excited argon species is available to dissociate and/or ionize the precursor via energy transfer. Main species resulting from that TMS depletion are presented and discussed. In particular, the analysis clearly indicates that trimethylsilyl cations can be considered to be mainly responsible for the film formation.

中文翻译：

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在氩气中用四甲基硅烷的少量混合物模拟大气压介质阻挡放电

应用时间相关的空间一维流体泊松模型来分析少量四甲基硅烷 (TMS) 作为前驱体对氩气中大气压介质阻挡放电 (DBD) 放电特性的影响。基于氩的既定反应动力学，它包括 TMS 的等离子体化学，通过测量频率 $$f = 86.2\, {\hbox{kHz}}$$ f = 86.2 kHz 下的点火电压来验证TMS 含量高达 200 ppm。给出了简化的 Ar-TMS 反应动力学方案和扩展的等离子体化学模型的详细信息，该模型涉及与 TMS 相关的大约 60 个物种和 580 个反应。发现当假设 TMS 与受激氩原子反应的 25% 的反应率为 $3 时，测量数据和计算数据之间可以获得良好的一致性。0 \times 10^{-16}\, {\hbox{m}^3/\hbox{s}}$$ 3.0 × 10 - 16 m 3 / s 由于彭宁电离导致产生电子。外加电压 $${U}_{{\mathrm{a}},0} = 4\, {\hbox{kV}}$$ U a , 0 = 4 kV 的建模结果表明 TMS 在等离子体在 DBD 中的停留时间，其中 TMS 的百分比消耗随着 TMS 分数的增加而降低，因为只有有限数量的激发氩物种可用于通过能量转移离解和/或电离前驱体。介绍和讨论了由 TMS 耗竭导致的主要物种。特别是，分析清楚地表明，可以认为三甲基甲硅烷基阳离子是成膜的主要因素。外加电压 $${U}_{{\mathrm{a}},0} = 4\, {\hbox{kV}}$$ U a , 0 = 4 kV 的建模结果表明 TMS 在等离子体在 DBD 中的停留时间，其中 TMS 的百分比消耗随着 TMS 分数的增加而降低，因为只有有限数量的激发氩物种可用于通过能量转移离解和/或电离前驱体。介绍和讨论了由 TMS 耗竭导致的主要物种。特别是，分析清楚地表明，可以认为三甲基甲硅烷基阳离子是成膜的主要因素。外加电压 $${U}_{{\mathrm{a}},0} = 4\, {\hbox{kV}}$$ U a , 0 = 4 kV 的建模结果表明 TMS 在等离子体在 DBD 中的停留时间，其中 TMS 的百分比消耗随着 TMS 分数的增加而降低，因为只有有限数量的激发氩物种可用于通过能量转移离解和/或电离前驱体。介绍和讨论了由 TMS 耗竭导致的主要物种。特别是，分析清楚地表明，可以认为三甲基甲硅烷基阳离子是成膜的主要因素。其中 TMS 的消耗百分比随着 TMS 分数的增加而降低，因为只有有限数量的受激氩物种可用于通过能量转移离解和/或电离前驱体。介绍和讨论了由 TMS 耗竭导致的主要物种。特别是，分析清楚地表明，可以认为三甲基甲硅烷基阳离子是成膜的主要因素。其中 TMS 的消耗百分比随着 TMS 分数的增加而降低，因为只有有限数量的受激氩物种可用于通过能量转移离解和/或电离前驱体。介绍和讨论了由 TMS 耗竭导致的主要物种。特别是，分析清楚地表明，可以认为三甲基甲硅烷基阳离子是成膜的主要因素。