介质阻挡放电生成低温等离子的实验研究
低温等离子
低温等离子摘要：对低温等离子体技术和溶液协同技术的原理和基本结构进行了探讨。
并对低温等离子体技术进行改进，提出了新型的尾气处理装置，介质阻挡放电低温等离子体-溶液协同装置。
对低温等离子体技术加以优化，加装溶液协同装置。
研究表明，该装置可以有效提高发动机尾气颗粒物、碳氢化合物和氮氧化物的净化效率，且具有广泛的应用前景。
关键词：低温等离子体；溶液协同；介质阻挡放电；尾气处理技术the research of the no-thermal plasma-solution collaborative technologyguo wei-wei，jiang guo-heabstract： this paper were discussed the principle and basic structure of the non-thermal plasma technology and solution synergy technology. i have designed the new type of gas treatment device after improved the non-thermal plasma technology， the non-thermal plasma of dielectric barrier discharge with the solution synergy device. i have optimized the non-thermal plasma technology， added solution synergy device. research shows， this device can purified effectively the engine exhaust particles， hydrocarbons and nox， and hasa properly prospect of application.key words： non-thermal plasma； solution collaborative technology； dielectric barrier discharge； emission aftertreatment1.前言：大气环境污染对人类健康及环境的影响日益严重，对内燃机排放的限制也日益严格，限制和治理柴油机尾气污染已经成为十分紧迫的任务。
介质阻挡放电特性及其影响因素.
图6石英介质厚度对DBD放电特性的影响
Fig .6Comparis on of discharge power with different thickness
of barrier quartz under varied
voltage
图7陶瓷介质厚度对DBD放电特性的影响
Fig .7Comparis on of discharge power with different thickness
图2是常压下空气中以陶瓷为介质的介质阻挡放电形貌,可以看出,大量的微放电无规则地分布在整个放电空间内,均匀、漫散且稳定,接近低气压下的辉光放电,但实际上是由大量细微的快脉冲放电通道构成的
.
图2常压空气中介质阻挡放电形貌
Fig .2D ielectric barrier discharge i m age in air under nor mal
的能量大小起决定作用.在常压较大气体浓度下,只有通过提高气隙电场强度得到大量高能电子,才能使介质阻挡放电顺利进行.
由图1可知采用单阻挡介质时,气体击穿放电前放电间隙电场强度为:
E g =
V εd
l d εg +l g εd
(2
式中V为外加电压;εd、εg分别为介质及气体的相
对介电常数;l d、l g为介质厚度和气隙宽度.
由式(2可见,增加外加电压V和相对介电常数εd ,减小放电间隙l g和介质厚度l d ,可以获得较强的放电间隙电场强度.
113放电形貌及等离子体空间分布特性
由112可知,微放电是介质阻挡放电的核心.由
于介质的绝缘性质,微放电能够彼此独立地发生在放电气体间隙里的很多随机位置上,每个微放电通道相当于弧光放电中的流光击穿.
介质阻挡放电产生臭氧等离子体特性
本 文 设计 了一种 新 式小 型臭 氧 发 生装 置 ， 装 置采 用 介质 阻 挡放 电的方 式 产 生臭 氧 ， 讨 了影 响臭 氧 该 探
产生效率的因素 ， 电极结构， 如 放电间隙， 气体流量 ， 电电压， 电气体 中氧气的含量等 ， 放 放 以期为提高臭氧
体 流量 、 电时间 、 电电压、 电极 的电流 电压峰值 、 放 放 各 是否添加氧 气等与产生 臭氧浓度之 间的关 系 ．结 果表 明： 放
电间隙为 ２０ｍｍ， ． 有效 长度 为 ５ ０ｍ ０ ｍ的 同心圆柱体 电极 的放 电效 果最好 ； 串联相 同电极的放 电效果好 于并联 电极
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第２ ６卷 第 ８期
２ ０ 年 ８月 ０８
河
南
科
学
Ｖｏ ．６ １ Ｎｏ８ ２ ． Ａｕ ． ０ ８ ｇ２０
Ｈ ＥＮＡＮ Ｓ ＥＮ ＣＥ ＣＩ
文章编号：０ ４ ３ １ （０ ８ ０ 一 ９ ４ Ｏ １０ — ９ ８ ２０ ） ８ Ｏ ０ 一 ３
中图分类号 ：Ｏ４ １ ６ 文献标识码：Ａ
臭氧是一种强氧化剂 ， 它与绝大多数物质都能发生化学反应， 反应用量小、 速度快 ， 而且不产生有致癌 作用的二次污染物， 操作方便 ， 可以利用空气就地制备 ．由于臭氧在杀菌、 消毒、 脱色 、 除臭 、 氧化难降解有
机物 与 改 善絮 凝 效果 方 面有 明显 的优 势 ， 广泛 应 用 于废 水 处理 、 纸 制浆 漂 白处 理 、 业养 殖 水 处 理 、 被 造 渔 食 品保 鲜处 理 、 空气 净化 、 导体工 业 、 留农药 的分解 与 去除等 方 面【 半 残 “ ． 由于 臭氧 是极 不稳 定 的物质 ， 很容 易 转化成 氧 气 ， 不便 于储 存 ， 须在 使用 点产 生 ．如 何提 高臭 氧 的产 必
介质阻挡放电产生等离子体简介
介质阻挡放电产生等离子体简介朱爱国;许雪艳;朱仁义;程民治【摘要】本文简要地介绍了等离子体的基本概念和来源,较为详细地描述了几种常见的放电形式并着重讨论了介质阻挡放电,对其微放电的物理机制也作了细致的表述,其中还列出了几个影响微放电的外在因素.文章的最后是对介质阻挡放电的一些实际应用作了较为详细的探讨.【期刊名称】《巢湖学院学报》【年(卷),期】2008(010)006【总页数】5页(P56-60)【关键词】等离子体;介质阻挡放电;物理过程;应用【作者】朱爱国;许雪艳;朱仁义;程民治【作者单位】巢湖学院物理与电子科学系,安徽,巢湖,238000;巢湖学院物理与电子科学系,安徽,巢湖,238000;巢湖学院物理与电子科学系,安徽,巢湖,238000;巢湖学院物理与电子科学系,安徽,巢湖,238000【正文语种】中文【中图分类】教科文艺2008年第 10 卷第 6 期总第 93 期巢湖学院学报Journal ofChaohu College No.6., Vol.10.2008GeneralSerialNo.93 介质阻挡放电产生等离子体简介朱爱国许雪艳朱仁义程民治（巢湖学院物理与电子科学系，安徽巢湖 238000)摘要：本文简要地介绍了等离子体的基本概念和来源较为详细地描述了几种常见的放电形式并着重讨论了介质阻挡放电，对其微放电的物理机制也作了细致的表述，其中还列出了几个影响微放电的外在因素。
文章的最后是对介质阻挡放电的一些实际应用作了较为详细的探讨。
关键词：等离子体；介质阻挡放电；物理过程；应用中图分类号： 0531文献标识码： A文章编号： 1672-2868(2008)06-0056-05作为自然科学基石的现代物理学，已经发展众多的科学分支，其中包括许多相对独立的子学科。
它们正以前所未有的深度和广度推动人类了解自然，从更深、更广的层次揭示自然界的秘密。
在这个过程中，许多物理学的新思想、新理论、新方法和新技术涌现出来，为人类知识财富大厦增添新的内容。
气体放电中等离子体的研究实验报告-南京大学
南京大学物理系实验报告题目实验2.3 气体放电中等离子体的研究姓名董佳婧学号 141120021一、引言等离子体作为物质的第四态在宇宙中普遍存在。
在实验室中对等离子体的研究是从气体放电开始的。
朗缪尔和汤克斯首先引入“等离子体”这个名称。
近年来等离子体物理学有了较快发展，并被应用于电力工业、电子工业、金属加工和广播通讯等部门，特别是等离子体的研究，为利用受控热核反应，解决能源问题提供了诱人的前景。
二、实验目的1、了解气体放电中等离子体的特性。
2、利用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量。
三、实验原理1、等离子体及其物理特性等离子体有一系列不同于普通气体的特性：（1）高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。
（2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。
（3）宏观上是电中性的。
2、等离子体的主要参量描述等离子体的一些主要参量为：（1）电子温度Te。
它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。
（2）带电粒子密度。
电子密度为ne ，正离子密度为ni，在等离子体中ne≈ni。
（3）轴向电场强度EL。
表征为维持等离子体的存在所需的能量。
（4）电子平均动能Ee 。
（5）空间电位分布。
3、稀薄气体产生的辉光放电本实验研究的是辉光放电等离子体。
辉光放电是气体导电的一种形态。
当放电管内的压强保持在10-102Pa时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。
辉光分为明暗相间的8个区域。
8个区域的名称为（1）阿斯顿区，（2）阴极辉区，（3）阴极暗区，（4）负辉区，（5）法拉第暗区，（6）正辉区（即正辉柱），（7）阳极暗区，（8）阴极辉区。
如图1所示，其中正辉区是我们感兴趣的等离子区。
其特征是：气体高度电离；电场强度很小，且沿轴向有恒定值。
这使得其中带电粒子的无规则热运动胜过它们的定向运动。
所以它们基本上遵从麦克斯韦速度分布律。
大气压放电等离子体柱的光谱研究
氮 ［ 、 成 臭 氧 用 于 处 理 工 业 和 生 活 废 水 ｌ ；在 生 物 医 疗 领 ６ 生 ］ ７
低气压条件下产生等离子体 。 从 用角度 讲在大气 下产 乍 等离子体柱无疑具有重要意义 。 大气压 下户 牛 的等离 子体 但 ： 长度一般 只有 几个厘米 。 例如 Ｈｏ ｇ等 把牵气通 人多孔 氧化 ｎ 铝介质装置 ， 这种方 法产 乍 的等离 子休 喷枪 的垌 长为 ２ 用 ３ ｍｎ１ 。Ｉ 利用等离 子体针 存空 气 Ｌ 产生 ｒ ｆ ３ １ 』 ｉ ｝ １ 约 ５ｍｍ 的 等离子体ｌ Ｉ 。所报告的等离子体 长度很短 ， 为等离子 体天 作 线而 言， 生长度更大 的大气压 等离子体 具有 霞婴 意 义。对 产 此 ，采用 轴 Ｄ Ｄ装 置在氯气 中产生 长达儿 卜 Ｂ 厘米的 等离 子体柱 ， 利用 光学方法对放 电机理进行 Ｊ研究 ，利用 光谱 并 ， 学方法对 电子能量随着实验参数的变化关系进 行了分析 。
第３卷 ， ７ ２ 第 期 ２０ １２年 ７月
光
谱
学 ｉ 光
谱
分
析
Ｖｏ． ２ Ｎ ． ， ｐ ７ ８ １ ６ １３ ， ｏ ７ ｐ １ ５ ７ １
Ｓ ｅ ｔ ｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃｒ ｌ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔ ａ ａｙ ｉ Ａｎ ｌ ｓｓ
隙 为 ３ｍｍ。
特性 ，当放电装 置连通 电源 时就 成为 导体 ， 能发射 和接 收无 线 电磁波信 完成和 自身基地的通讯 ；当断开电源时便成 为 绝缘体 ，不反射敌 雷 达探测信号 。
低温等离子体
定义低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当外加电压达到气体的着火电压时，气体分子被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。
放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。
低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物的同的。
低温等离子态半导体研究及利用低温等离子态是指常温下气体被激发为等离子稳定状态。
该状态下电子温度远远高于质子，电子迁移率达到1000-10000米/秒。
电子浓度1015 个/立方厘米。
因此可以近似地认为低温等离子态等效N型半导体。
低温等离子态等效N型半导体性能：1需要被激发。
2 电子浓度较低，且可调。
3 电子迁移率极高。
4 透明。
5 纯度高。
6 电子逸出功基本为零。
7 没有自边界，不存在浓度梯度。
低温等离子体又称非平衡态等离子体，通常由微波放电，介质阻挡放电，电晕放电，辉光放电等产生。
在低温等离字体中重粒子温度接近室温，而电子温度高达10000K以上，远离热平衡状态由于等离子态只有N型半导体形式，单独的N型半导体基本没有应用的价值。
因此低温等离子态半导体必须与P型固体半导体结合形成P-N结。
为了防止气体与接触体发生化学反应，最好选择惰性气体。
文章二等离子体物理理论《等离子体物理理论》是中国科学技术大学等离子体物理专业本科生的专业基础课，授课对象是已经选修过《等离子体物理导论》的高年级本科生。
作为专业基础课，《等离子体物理理论》的讲授内容自然应该比《等离子体物理导论》更深一些，但毕竟是为本科生开设的课程，又不能过于专门化。
等离子体物理是现代物理学中的一门交叉学科，它自身并没有什么特别的基础理论，它的基础就是经典力学、电动力学、流体力学、统计物理，以及动理论等物理学基本理论。
等离子体存在的参数范围非常宽广，想要了解和掌握等离子体的性质，就必须从各个不同的角度来研究等离子体的各种性质，为此，需要灵活地运用物理学基础理论并采用适当的方法来处理和解决等离子体物理的各种问题。
含空气杂质大气压氦气介质阻挡放电中彭宁电离作用_郝艳捧
2009年8月电工技术学报Vol.24 No. 8 第24卷第8期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Aug. 2009含空气杂质大气压氦气介质阻挡放电中彭宁电离作用郝艳捧阳林王晓蕾（华南理工大学电力学院广州 510640）摘要进行大气压氦气介质阻挡放电，通过测量放电起始电压和发射光谱，研究本底空气压强BAP在0.8～1000Pa时放电中彭宁电离作用的变化规律。
结果发现：BAP＜190Pa时，放电起始电压显著降低，N2+第一负区391.4nm谱线强度随BAP增大而增大；BAP＞190Pa时，放电起始电压显著线性增大，391.4nm谱线强度随BAP增大而逐渐下降，最终几乎趋于零。
He原子的各谱线强度随BAP增大而逐渐递减。
探讨其物理过程为：放电起始电压的结果和发射光谱的结果均指出彭宁电离作用随BAP改变而变化；He原子各谱线强度变化是由于淬灭造成的。
关键词：介质阻挡放电彭宁电离放电起始电压发射光谱中图分类号：TM213Investigation of Penning Ionization in Atmospheric Helium DielectricBarrier Discharges With Air ImpurityHao Yanpeng Yang Lin Wang Xiaolei（South China University of Technology Guangzhou 510640 China）Abstract The change law of Penning ionization in atmospheric helium dielectric barrier discharges (DBDs) with air impurity was investigated. Discharge inception voltage and emission spectra were measured under different background air pressures (BAPs) changing from 0.8Pa to 1000Pa.Results of these two kinds of methods showed that in a range of BAP from 0.8Pa to 190Pa, discharge inception voltage decreased obviously and the 391.4nm line intensity increased with the BAP. When BAP arrives at more than 190Pa, discharge inception voltage increased linearly obviously and 391.4nm line intensity gradually dropped to lower value with the BAP, even a zero value at last. Emission spectra of helium decreased with the BAP. Physical processes analysis indicated that the results from both discharge inception voltage and emission spectra illustrated that Penning ionization due to helium metastables and N2 changed with the BAP, and the changes of all emission spectra intensities of helium are due to the quenching caused by N2.Keywords：Dielectric barrier discharge, Penning ionization, discharge inception voltage, spectra1引言近年来，低温等离子体在材料改性、薄膜生长等领域得到越来越广泛的应用，显示出优越的经济和环保效益[1-2]。
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介质阻挡放电生成低温等离子的实验研究
【摘 要】低温等离子技术在环境治理方面具备独特的优势。介质阻挡放电
法不仅操作简单，反应区域可控，并且在常温常压下也能进行，优势明显。本论
文主要研究电压值、电极间距、相对湿度和温度对低温等离子生成效率的影响，
探索介质阻挡放电生成低温等离子的最佳工作条件。
【关键词】低温等离子；介质阻挡放电
0.前言
低温等离子技术由于在环境治理方面具备效率高，操作简单，经济便捷等特
点，从而受到广泛的研究。目前主要运用强电场、高能射线以及高温等方法， 通
过加速电子、离子或高能中性粒子的非弹性碰撞作用使得气体分子电离，从而产
生低温等离子。
目前产生低温等离子的主要技术有弧光放电、辉光放电、介质阻挡放电等。
弧光放电方法产生的等离子体温度过高， 仅适合运用于高温领域；常用的辉光
放电方法一般需要在低压下进行，在使用过程当中需要配备真空系统，因此使用
步奏繁琐，操作复杂，难以满足连续生产的要求。介质阻挡放电法产生的低温等
离子能够有效地控制在一定的区域范围内，并且操作简单，能在常温常压下进行，
生产低温等离子的浓度可以通过电压、电极间距、温度等因素来控制，因此介质
阻挡放电法得以广泛的运用。
介质阻挡放电是有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电。工作原
理是在两个放电电极之间充满某种工作气体，并将其中一个或两个电极用绝缘介
质覆盖，也可以将绝缘介质直接悬挂在放电空间或采用颗粒状的介质填充其中，
当两电极间施加足够高的交流电压时，电极间的气体会被击穿而产生放电，即产
生了介质阻挡放电。介质阻挡放电的电极结构可以根据实际需求而设计得多种多
样。
目前虽然介质阻挡放电技术已被开发和广泛应用， 但对它的研究仍不够全
面和完善， 本文主要研究不同条件对低温等离子生成效率的影响。
1.实验仪器和实验方法
低温等离子浓度测试目前分为直接测量法和间接测量法，直接测量法常用的
方法有Langmuir探针法，间接测量法形式多，比如检测低温等离子对某物质的
分解率。本实验采取间接测量法，通过检测甲醛的分解率来检测低温等离子的生
成效率。
实验仪器包括低温等离子发生装置，反应容器（0.4m*0.4m*0.5m），甲醛检
测仪，甲醛源，电源等。低温等离子发生装置电极为两圆柱形电极，电极材料为
掺杂ZrO2纳米线的CaTiO3陶瓷电极材料，两电极间的距离可以根据需要进行
调节。
实验方法为先往容器内加入10 ppm的甲醛，然后调节相应的实验参数，比
如电压，气体湿度和缝隙大小等，打开低温等离子发生装置，反应30 min后再
检测甲醛浓度，从而计算出甲醛分解率。通过检测不同条件下甲醛分解率的大小
来间接检测低温等离子生成效率，甲醛分解率越高则生成低温等离子效率越高。
2.结果讨论
2.1电极间距对低温等离子生成效率的影响
实验中电压值为5V、10V、20V、25V、30V，温度为20℃，气体相对湿度
为5%。如图1所示，电极间距为1mm和3mm时，电压在5V-20V区间内，甲
醛分解率随电压值的升高而升高，在20V-30V的区间内，甲醛分解率随电压值
的升高而降低。因此在20V时甲醛的分解率最高，间距为1mm和3mm对应分
解了出为95%和75%。电极间距为6mm和10mm时，甲醛分解率随电压值的增
加而升高，但是甲醛分解率低，位于20%以下。由此可见，电极间距对甲醛分解
率的影响较大，在相同电压下间距越小，甲醛分解率越高，最佳的间距为1mm。
图1 两电极间距对甲醛分解率的影响
2.2相对湿度对低温等离子生成效率的影响
实验中电极间距为1mm，温度为20℃，电压值为5V、10V、20V、25V、
30V。如图2所示，电压在5V-20V区间内，甲醛分解率随电压值的升高而升高，
在20V-30V的区间内，甲醛分解率随电压值的升高而降低，因此在20V时甲醛
的分解率最高。当电压值为20V时，相对湿度为0%，5%，10%和20%相对应的
甲醛分解率分别为95%，95%，91%，90%，可见相对湿度对甲醛分解率的影响
较小。电压相同时，不同相对湿度对应的甲醛分解率变化小，并且相对湿度相同
时，不同电压值对应的分解率差异不大，可见相对湿度的影响作用不大。
图2 相对湿度对甲醛分解率的影响
2.3温度对低温等离子生成效率的影响
实验电压为5V、10V、20V、25V、30V，电极间距为1mm，气体相对湿度
为5%。如图3所示，电压相同时不同温度对应的甲醛分解率没有太大变化，比
如20V时20℃、40℃、60℃、80℃对应的甲醛分解率分别为90%，92%，92%，
94%，并且相同温度下，不同电压值对应的分解率差异小，因此温度的影响作用
不大。
图3 温度对甲醛分解率的影响
3.总结
本研究主要探索电压值、电极间距、气体相对湿度和温度四因素对低温等离
子生成效率的影响，通过测量甲醛分解率间接测量低温等离子生成效率。研究结
果表明相对湿度和温度的影响不大，电压为20V，电极间距为1mm是生成低温
等离子较优化的条件。 [科]
【参考文献】
[1]张国平.高频介质阻挡放电产生臭氧的实验研究[D].浙江：浙江大学，2007.
[2]王辉，孙岩洲，方志，邱毓昌.介质阻挡放电低温等离子体的产生[J].印染，
2005.19：5-7.