介質阻擋放電等離子體技術

1、介質阻擋放電等離子體技術介質阻擋放電等離子體技術物理科學與技術學院講解人：李楠介質阻擋放電定義介質阻擋放電定義結構圖分析結構圖分析放電的物理過程放電的物理過程介質阻擋放電特性和實例分析介質阻擋放電特性和實例分析主要內容主要內容介質阻擋放電等離子體技術介質阻擋放電等離子體技術 介質阻擋放電（介質阻擋放電（dielectric barrier discharge） 又稱無聲放電（又稱無聲放電（silent discharge）簡稱）簡稱dbd 介質阻擋放電是有絕緣介質插入放電空間的一種氣體介質阻擋放電是有絕緣介質插入放電空間的一種氣體放電。放電。 介質可以覆蓋在電極上或者懸掛在放電空間里。當在介質

2、可以覆蓋在電極上或者懸掛在放電空間里。當在放電電極上施加足夠高的交流電壓時，電極間的氣體，即放電電極上施加足夠高的交流電壓時，電極間的氣體，即使在很高的電壓下也會被擊穿而形成所謂的使在很高的電壓下也會被擊穿而形成所謂的介質阻擋放電介質阻擋放電。這種放電表現很均勻，散漫和穩(wěn)定，實際上是由大量細微這種放電表現很均勻，散漫和穩(wěn)定，實際上是由大量細微的快脈沖放電通道構成的。通常放電空間的氣體壓強可達的快脈沖放電通道構成的。通常放電空間的氣體壓強可達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。又稱無聲放電。電。又稱無聲放電。介質阻擋放電等離子體技

3、術介質阻擋放電等離子體技術 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的作用下，電子從電場是在外電場的作用下，電子從電場中獲得能量，通過與周圍分子原子碰撞，傳遞能量，使中獲得能量，通過與周圍分子原子碰撞，傳遞能量，使之激發(fā)電離，產生電子雪崩之激發(fā)電離，產生電子雪崩; 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，而是由于介質阻擋作用限制了放電電流的無限增長。只有快脈于介質阻擋作用限制了放電電流的無限增長。只有快脈沖式電流細絲通道形成，每個通道相當于單個流

4、光擊穿，沖式電流細絲通道形成，每個通道相當于單個流光擊穿，即所謂的微放電。即所謂的微放電。微放電是微放電是dbd的一大放電特點的一大放電特點。dbd的快脈沖微放電是因為當微放電兩端的交變電壓變相時，的快脈沖微放電是因為當微放電兩端的交變電壓變相時，電流就會截止，在同一空間點上只有當再度達到電流就會截止，在同一空間點上只有當再度達到uub時，才會再次產生微放電，所以隨外加交變電壓的正弦時，才會再次產生微放電，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)的快脈沖放電細的快脈沖放電細絲電流。微放電是絲電流。微放電是dbd的核心。的核心。介質阻擋放電等離

5、子體技術介質阻擋放電等離子體技術介質阻擋放電等離子體技術介質阻擋放電等離子體技術1電極；2電介質層；3放電間隙圖 dbd結構示意圖fig. sketch diagram of dbd structure介質阻擋放電等離子體技術介質阻擋放電等離子體技術介質阻擋放電的物理過程介質阻擋放電的物理過程 由于介質阻擋放電的電流主要是流過微放電通道形由于介質阻擋放電的電流主要是流過微放電通道形成的，因此放電的主要過程也就必定發(fā)生在微放電中，成的，因此放電的主要過程也就必定發(fā)生在微放電中，微放電微放電是介質阻擋放電的核心。是介質阻擋放電的核心。 三個階段：三個階段：（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）氣體間隙的電流脈沖（電荷的輸運）（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，自由基和準分子等的形成和準分子等的形成介質阻擋放電等離子體技術介質阻擋放電等離子體技術 以上三個階段的持續(xù)時間相差很大，有數量級的差以上三個階段的持續(xù)時間相差很大，有數量級的差別。一般放電的擊穿在幾個納秒內完成，電荷輸運在別。一般放電的擊穿在幾個納秒內完成，電荷輸運在1-100ns中進行，分子，原子的激發(fā)和反應所需的時間可中進行，分子，原子的激發(fā)和反應所需的時間可能達到微妙級，甚至延續(xù)到秒。能達到微妙級，甚至延續(xù)到秒。 放電

7、的擊穿和電荷的傳遞過程可以形成微放電，在放電的擊穿和電荷的傳遞過程可以形成微放電，在微放電形成的初期主要是電子在外加電場的作用下獲得微放電形成的初期主要是電子在外加電場的作用下獲得能量，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反應發(fā)生。通道。在微放電后期伴隨大量的化學反應發(fā)生。 介質阻擋放電等離子體技術介質阻擋放電等離子體技術介質阻擋放電的特性介質阻擋放電的特性 介質阻擋放電（無聲放電）是一種非常適合進行等介質阻擋放電

8、（無聲放電）是一種非常適合進行等離子體化學反應的放電形式，特點：離子體化學反應的放電形式，特點：（1）等離子體操作范圍較廣，可在常壓甚至在加壓下進）等離子體操作范圍較廣，可在常壓甚至在加壓下進行反應行反應（2）無聲放電呈微放電形式，通過放電間隙的電流由大）無聲放電呈微放電形式，通過放電間隙的電流由大量微細的快脈沖電流細絲組成，放電表現穩(wěn)定，均勻量微細的快脈沖電流細絲組成，放電表現穩(wěn)定，均勻（3）無聲放電具有較大體積的等離子體放電區(qū)，也就是）無聲放電具有較大體積的等離子體放電區(qū)，也就是在反應過程中反應分子接觸的較充分，有利于反應完成在反應過程中反應分子接觸的較充分，有利于反應完成氣體流量計氣體流量計介質阻擋放電等離子體技術介質阻擋放電等離子體技術 大氣壓冷等離子體介質阻擋放電系統可以在大氣壓大氣壓冷等離子體介質阻擋放電系統可以在大氣壓下產生下產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、強電磁場、輻高電壓、強電磁場、輻射等射等)作用時電離產生的常溫狀態(tài)等離子體，電子溫度在作用時電離產生的常溫狀態(tài)等離子體，電子溫度在十幾個電子伏以下。