介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù)

1、介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù)介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院講解人：李楠介質(zhì)阻擋放電定義介質(zhì)阻擋放電定義結(jié)構(gòu)圖分析結(jié)構(gòu)圖分析放電的物理過(guò)程放電的物理過(guò)程介質(zhì)阻擋放電特性和實(shí)例分析介質(zhì)阻擋放電特性和實(shí)例分析主要內(nèi)容主要內(nèi)容介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù)介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù) 介質(zhì)阻擋放電（介質(zhì)阻擋放電（dielectric barrier discharge） 又稱無(wú)聲放電（又稱無(wú)聲放電（silent discharge）簡(jiǎn)稱）簡(jiǎn)稱dbd 介質(zhì)阻擋放電是有絕緣介質(zhì)插入放電空間的一種氣體介質(zhì)阻擋放電是有絕緣介質(zhì)插入放電空間的一種氣體放電。放電。 介質(zhì)可以覆蓋在電極上或者懸掛在放電空間里。當(dāng)在介質(zhì)

2、可以覆蓋在電極上或者懸掛在放電空間里。當(dāng)在放電電極上施加足夠高的交流電壓時(shí)，電極間的氣體，即放電電極上施加足夠高的交流電壓時(shí)，電極間的氣體，即使在很高的電壓下也會(huì)被擊穿而形成所謂的使在很高的電壓下也會(huì)被擊穿而形成所謂的介質(zhì)阻擋放電介質(zhì)阻擋放電。這種放電表現(xiàn)很均勻，散漫和穩(wěn)定，實(shí)際上是由大量細(xì)微這種放電表現(xiàn)很均勻，散漫和穩(wěn)定，實(shí)際上是由大量細(xì)微的快脈沖放電通道構(gòu)成的。通常放電空間的氣體壓強(qiáng)可達(dá)的快脈沖放電通道構(gòu)成的。通常放電空間的氣體壓強(qiáng)可達(dá)105pa或更高，因此這種放電屬于高氣壓下的非熱平衡放或更高，因此這種放電屬于高氣壓下的非熱平衡放電。又稱無(wú)聲放電。電。又稱無(wú)聲放電。介質(zhì)阻擋放電等離子體技

3、術(shù)介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù) dbd是一種高氣壓下的非平衡放電。這種放電的擊穿與是一種高氣壓下的非平衡放電。這種放電的擊穿與其他放電的其他放電的相似之處相似之處是在外電場(chǎng)的作用下，電子從電場(chǎng)是在外電場(chǎng)的作用下，電子從電場(chǎng)中獲得能量，通過(guò)與周圍分子原子碰撞，傳遞能量，使中獲得能量，通過(guò)與周圍分子原子碰撞，傳遞能量，使之激發(fā)電離，產(chǎn)生電子雪崩之激發(fā)電離，產(chǎn)生電子雪崩; 不同之處不同之處是氣體不被完全擊穿形成火花或電弧，而是由是氣體不被完全擊穿形成火花或電弧，而是由于介質(zhì)阻擋作用限制了放電電流的無(wú)限增長(zhǎng)。只有快脈于介質(zhì)阻擋作用限制了放電電流的無(wú)限增長(zhǎng)。只有快脈沖式電流細(xì)絲通道形成，每個(gè)通道相當(dāng)于單個(gè)流

4、光擊穿，沖式電流細(xì)絲通道形成，每個(gè)通道相當(dāng)于單個(gè)流光擊穿，即所謂的微放電。即所謂的微放電。微放電是微放電是dbd的一大放電特點(diǎn)的一大放電特點(diǎn)。dbd的快脈沖微放電是因?yàn)楫?dāng)微放電兩端的交變電壓變相時(shí)，的快脈沖微放電是因?yàn)楫?dāng)微放電兩端的交變電壓變相時(shí)，電流就會(huì)截止，在同一空間點(diǎn)上只有當(dāng)再度達(dá)到電流就會(huì)截止，在同一空間點(diǎn)上只有當(dāng)再度達(dá)到uub時(shí)，才會(huì)再次產(chǎn)生微放電，所以隨外加交變電壓的正弦時(shí)，才會(huì)再次產(chǎn)生微放電，所以隨外加交變電壓的正弦波變化而形成每半周期一次波變化而形成每半周期一次(放電頻率放電頻率)的快脈沖放電細(xì)的快脈沖放電細(xì)絲電流。微放電是絲電流。微放電是dbd的核心。的核心。介質(zhì)阻擋放電等離

5、子體技術(shù)介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù)介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù)介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù)1電極；2電介質(zhì)層；3放電間隙圖 dbd結(jié)構(gòu)示意圖fig. sketch diagram of dbd structure介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù)介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù)介質(zhì)阻擋放電的物理過(guò)程介質(zhì)阻擋放電的物理過(guò)程 由于介質(zhì)阻擋放電的電流主要是流過(guò)微放電通道形由于介質(zhì)阻擋放電的電流主要是流過(guò)微放電通道形成的，因此放電的主要過(guò)程也就必定發(fā)生在微放電中，成的，因此放電的主要過(guò)程也就必定發(fā)生在微放電中，微放電微放電是介質(zhì)阻擋放電的核心。是介質(zhì)阻擋放電的核心。 三個(gè)階段：三個(gè)階段：（1）放電的形成（放電的擊穿）放電的形成（

6、放電的擊穿）（2）氣體間隙的電流脈沖（電荷的輸運(yùn)）氣體間隙的電流脈沖（電荷的輸運(yùn)）（3）在微放電通道中原子，分子的激發(fā)和解離，自由基）在微放電通道中原子，分子的激發(fā)和解離，自由基和準(zhǔn)分子等的形成和準(zhǔn)分子等的形成介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù)介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù) 以上三個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間相差很大，有數(shù)量級(jí)的差以上三個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間相差很大，有數(shù)量級(jí)的差別。一般放電的擊穿在幾個(gè)納秒內(nèi)完成，電荷輸運(yùn)在別。一般放電的擊穿在幾個(gè)納秒內(nèi)完成，電荷輸運(yùn)在1-100ns中進(jìn)行，分子，原子的激發(fā)和反應(yīng)所需的時(shí)間可中進(jìn)行，分子，原子的激發(fā)和反應(yīng)所需的時(shí)間可能達(dá)到微妙級(jí)，甚至延續(xù)到秒。能達(dá)到微妙級(jí)，甚至延續(xù)到秒。 放電

7、的擊穿和電荷的傳遞過(guò)程可以形成微放電，在放電的擊穿和電荷的傳遞過(guò)程可以形成微放電，在微放電形成的初期主要是電子在外加電場(chǎng)的作用下獲得微放電形成的初期主要是電子在外加電場(chǎng)的作用下獲得能量，與周圍的氣體分子發(fā)生碰撞，使氣體分子激發(fā)電能量，與周圍的氣體分子發(fā)生碰撞，使氣體分子激發(fā)電離，從而生成更多的電子，引起電子雪崩，形成微放電離，從而生成更多的電子，引起電子雪崩，形成微放電通道。在微放電后期伴隨大量的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。通道。在微放電后期伴隨大量的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。 介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù)介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù)介質(zhì)阻擋放電的特性介質(zhì)阻擋放電的特性 介質(zhì)阻擋放電（無(wú)聲放電）是一種非常適合進(jìn)行等介質(zhì)阻擋放電

8、（無(wú)聲放電）是一種非常適合進(jìn)行等離子體化學(xué)反應(yīng)的放電形式，特點(diǎn)：離子體化學(xué)反應(yīng)的放電形式，特點(diǎn)：（1）等離子體操作范圍較廣，可在常壓甚至在加壓下進(jìn)）等離子體操作范圍較廣，可在常壓甚至在加壓下進(jìn)行反應(yīng)行反應(yīng)（2）無(wú)聲放電呈微放電形式，通過(guò)放電間隙的電流由大）無(wú)聲放電呈微放電形式，通過(guò)放電間隙的電流由大量微細(xì)的快脈沖電流細(xì)絲組成，放電表現(xiàn)穩(wěn)定，均勻量微細(xì)的快脈沖電流細(xì)絲組成，放電表現(xiàn)穩(wěn)定，均勻（3）無(wú)聲放電具有較大體積的等離子體放電區(qū)，也就是）無(wú)聲放電具有較大體積的等離子體放電區(qū)，也就是在反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)分子接觸的較充分，有利于反應(yīng)完成在反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)分子接觸的較充分，有利于反應(yīng)完成氣體流量計(jì)氣體流量計(jì)介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù)介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù) 大氣壓冷等離子體介質(zhì)阻擋放電系統(tǒng)可以在大氣壓大氣壓冷等離子體介質(zhì)阻擋放電系統(tǒng)可以在大氣壓下產(chǎn)生下產(chǎn)生冷等離子體冷等離子體。 大氣壓冷等離子體是一種大氣壓冷等離子體是一種低溫非平衡等離子體低溫非平衡等離子體，是，是氣體在大氣壓下受到外界高能量氣體在大氣壓下受到外界高能量(高電壓、強(qiáng)電磁場(chǎng)、輻高電壓、強(qiáng)電磁場(chǎng)、輻射等射等)作用時(shí)電離產(chǎn)生的常溫狀態(tài)等離子體，電子溫度在作用時(shí)電離產(chǎn)生的常溫狀態(tài)等離子體，電子溫度在十幾個(gè)電子伏以下。