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1、介质阻挡放电等离子体技术物理科学与技术学院 讲解人：李楠介质阻挡放电定义结构图分析放电的物理过程介质阻挡放电特性和实例分析主要内容介质阻挡放电等离子体技术介质阻挡放电（dielectric barrier discharge）又称无声放电（silent discharge）简称DBD介质阻挡放电是有绝缘介质插入放电空间的一种气体 放电。介质可以覆盖在电极上或者悬挂在放电空间里。当在 放电电极上施加足够高的交流电压时，电极间的气体，即 使在很高的电压下也会被击穿而形成所谓的介质阻挡放电 。这种放电表现很均匀，散漫和稳定，实际上是由大量细 微的快脉冲放电通道构成的。通常放电空间的气体压强可 达10
2、5Pa或更高，因此这种放电属于高气压下的非热平衡 放电。又称无声放电。介质阻挡放电等离子体技术DBD是一种高气压下的非平衡放电。这种放电的击穿与 其他放电的相似之处是在外电场的作用下，电子从电场 中获得能量，通过与周围分子原子碰撞，传递能量，使 之激发电离，产生电子雪崩;不同之处是气体不被完全击穿形成火花或电弧，而是由于介质阻挡作用限制了放电电流的无限增长。只有快脉 冲式电流细丝通道形成，每个通道相当于单个流光击穿 ，即所谓的微放电。微放电是DBD的一大放电特点。 DBD的快脉冲微放电是因为当微放电两端的交变电压变相时，电流就会截止，在同一空间点上只有当再度达到 UUB时，才会再次产生微放电，
3、所以随外加交变电压 的正弦波变化而形成每半周期一次(放电频率)的快脉冲 放电细丝电流。微放电是DBD的核心。介质阻挡放电等离子体技术介质阻挡放电等离子体技术1电极；2电介质层；3放电间隙 图 DBD结构示意图 Fig. Sketch diagram of DBD structure介质阻挡放电等离子体技术介质阻挡放电的物理过程由于介质阻挡放电的电流主要是流过微放电通道形 成的，因此放电的主要过程也就必定发生在微放电中， 微放电是介质阻挡放电的核心。三个阶段： （1）放电的形成（放电的击穿） （2）气体间隙的电流脉冲（电荷的输运） （3）在微放电通道中原子，分子的激发和解离，自由基和 准分子等的
4、形成介质阻挡放电等离子体技术以上三个阶段的持续时间相差很大，有数量级的差 别。一般放电的击穿在几个纳秒内完成，电荷输运在1- 100ns中进行，分子，原子的激发和反应所需的时间可 能达到微妙级，甚至延续到秒。放电的击穿和电荷的传递过程可以形成微放电，在 微放电形成的初期主要是电子在外加电场的作用下获得 能量，与周围的气体分子发生碰撞，使气体分子激发电 离，从而生成更多的电子，引起电子雪崩，形成微放电 通道。在微放电后期伴随大量的化学反应发生。介质阻挡放电等离子体技术介质阻挡放电的特性介质阻挡放电（无声放电）是一种非常适合进行等 离子体化学反应的放电形式，特点：（1）等离子体操作范围较广，可在常
5、压甚至在加压下进行 反应 （2）无声放电呈微放电形式，通过放电间隙的电流由大量 微细的快脉冲电流细丝组成，放电表现稳定，均匀 （3）无声放电具有较大体积的等离子体放电区，也就是在 反应过程中反应分子接触的较充分，有利于反应完成气体流量计介质阻挡放电等离子体技术大气压冷等离子体介质阻挡放电系统可以在大气压 下产生冷等离子体。大气压冷等离子体是一种低温非平衡等离子体，是 气体在大气压下受到外界高能量(高电压、强电磁场、辐 射等)作用时电离产生的常温状态等离子体，电子温度在 十几个电子伏以下。 气体在电离过程中能产生大量的活 性物质，包括带电粒子、具有化学活性的亚稳态活性物 质(如臭氧、活化的氢氧自由基和氧原子等)和紫外光子 。
