介质阻挡放电及其应用
介质阻挡放电及其应用王新新(清华大学电机系,北京100084)摘 要:为使读者比较全面地了解介质阻挡放电,根据气体放电理论和实验结果,对介质阻挡放电进行了综述。首先提出了只有拍摄曝光时间为10ns左右的放电图像才能判断放电是否为均匀放电,即使是均匀放电,也不能统称其为大气压辉光放电,还必须进一步区分它是辉光放电还是汤森放电。其次,说明了只有增加放电的种子电子,使放电在低电场下进行才有可能实现大气压下均匀放电。最后,根据放电图像、电流电压波形、数值模拟结果,证明了大气压氦气均匀放电为辉光放电,而大气压氮气均匀放电为汤森放电。最后还简要介绍了3种介质阻挡放电的主要工业化应用—大型臭氧发生器、薄膜表面的流水线处理、等离子体显示屏。关键词:介质阻挡放电;大气压辉光放电;汤森放电;辉光放电;气体放电;等离子体表面处理中图分类号:TM213;TM89文献标志码:A文章编号:100326520(2009)0120001211
基金资助项目:国家自然科学基金重点项目(50537020);博士点专项基金项目(20040003011)。ProjectSupportedbyNationalNaturalScienceFoundation(50537020),SpecialResearchFundfortheDoctoralProgramofHigherEducation(20040003011).DielectricBarrierDischargeandItsApplicationsWANGXin2xin(DepartmentofElectricalEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract:InordertocomprehensivelyunderstandDBD,wereviewedtheinvestigationsofdielectricbarrierdischarge(DBD)byfocusingonthephysicsrelatedtotheuniformdischargeatatmosphericpressure.Itissuggestedthatthebestwaytodistinguishauniformdischargefromafilamentaryoneistotakeapicturewithanexposuretimeofabout10ns.Evenforarealuniformdischarge,itisimportanttofurtherdistinguishaglowdischargefromaTownsenddischarge.Theonlywaytogetauniformdischargeatatmosphericpressureistomakethedischargeatalowerelec2tricfieldbyincreasingtheseedelectronsinitiatingthedischarge.Recently,theuniformdischargesatatmosphericpressurehavebeenobtainedinheliumandnitrogen,i.e.,subnormalglowdischargeinheliumandTownsenddis2chargeinnitrogen.Moreover,webrieflyintroducedthreeindustrialapplicationsofDBDplasmas,includingthead2vancedozonegenerator,continuousdouble2sidedtreatmentoffoilsurface,plasmadisplaypanel.Keywords:dielectricbarrierdischarge;atmosphericpressureglowdischarge;Townsenddischarge;glowdischarge;gasdischarge;plasmasurfacemodification0 引言近20年来,气体放电产生的低温等离子体得到越来越广泛的应用,等离子体处理技术应运而生。而介质阻挡放电(DielectricBarrierDischarge:DBD)可以在大气压下产生低温等离子体,特别适合于低温等离子体的工业化应用[1]。虽然人们对DBD的研究已经有100多年的历史,仍然有一些问题没有解决。因此,DBD至今还是气体放电领域的研究热点。目前,DBD的研究可分为放电物理研究和应用技术研究两个方面。前者主要集中在放电属性的界定(细丝放电、均匀放电、汤森放电、辉光放电);大气压下均匀放电产生的条件和物理机制等。后者主要集中在如何提高等离子体处理效率,减小能耗等。本文将根据本人和他人的研究成果,对DBD及其应用进行综述,重点集中在放电物理方面的最新研究成果。本文结构安排如下:首先简要回顾DBD研究的历史,接着介绍DBD细丝放电模式的产生机制和主要物理参数,然后重点论述DBD均匀放电模式的关键问题,包括均匀放电的判定方法、均匀放电的分类、均匀放电产生的物理机制和条件、大气压氦气辉光放电和氮气汤森放电的认定。最后对DBD等离子体的3种工业化应用作简要介绍。1 介质阻挡放电研究简史所谓介质阻挡放电(DielectricBarrierDis2charge:DBD)如图1所示,它是在两个金属电极之间的气隙中插入至少一块绝缘介质,以阻挡贯穿气隙的放电通道,故称之为介质阻挡放电,或简称DBD。DBD通常采用两种电极结构,平行平板电极结构和同轴圆筒电极结构。・1・ 第35卷第1期2009年 1月高 电 压 技 术HighVoltageEngineeringVol.35No.1Jan. 2009DBD的研究已有很长的历史[2]:1857年,Sie2mens利用同轴圆筒电极结构的DBD产生臭氧;1860年,Andrews将此放电命名为无声放电(silentdischarge)。从1860年到1900年的40年间,对DBD的研究基本停留在利用其产生臭氧和氮氧化物(NOx)。20世纪初,Warburg开始了对DBD本身放电特性的研究。1932年,Buss利用平行平板电极结构研究了大气压空气DBD放电特性,同时拍摄了长曝光时间的放电图像,即所谓的Lichtenburg图,并用示波器记录了放电电流波形。结果表明:放电是由大量发光细丝(即流注)组成,与此相对应,电流波形是由大量的窄脉冲组成。1943年,Manley在DBD电流回路中串联一个电容器以收集放电电荷Q,将对应于Q的电压信号送到示波器的x输入;同时将外加电压U送到示波器y输入。在每一个外加电压周期T,示波器上得到一个封闭的四边形图形,即Lissajous图形。Manley提出可以利用Lissajous图形所包围的面积S计算放电能量W或功率P,即W=∫T0Uidt=∫T0UdQ=S;(1)P=fW=fS。(2)上式中f是外加电压的频率,Hz。1970年以后,人们开始对DBD进行物理诊断和数值模拟,以研究DBD等离子体中发生的物理和化学过程。直至20世纪80年代末,DBD的主要工业应用仍然是产生臭氧。1987年,日本的Kanazawa利用含氦气的混合气体进行大气压下DBD实验,并用肉眼观察到了均匀放电现象[3]。从此以后,人们认识到:除了细丝放电模式外,大气压下DBD还存在均匀放电模式,并且将此均匀放电统称为大气压下辉光放电(Atmos2phericPressureGlowDischarge:APGD)。目前,DBD的主要应用包括:杀菌消毒、等离子体表面处理、废气处理、紫外准分子灯和无汞荧光灯、等离子体显示屏等。2 细丝模式的介质阻挡放电虽然大气压下DBD存在两种放电模式,即细丝模式和均匀模式,但最常见的还是细丝模式,这是由大气压下气体放电特性所决定的。根据气体放电理论[4],气体中电子的平均自由行程λe反比于气压p,大气压下λe非常短。因此,电子在距离为d的气隙中从阴极漂移到阳极所经历的碰撞次数N=d/λe∝pd非常多,电子雪崩将强烈发展而转变为流注(即细丝)
。图1 介质阻挡放电的电极结构Fig.1 Configurationofdielectricbarrierelectrodes
图2 DBD抑制电弧的原理图Fig.2 Equivalentcircuitdemonstratingthedielectricsactingasquenchersofgasdischarge若放电发生在两个金属裸电极之间的大气压气隙中,人们通常观察到单根明亮的电弧,其原因是:若气隙中某个放电细丝剧烈发展而成为电弧,电弧通道的电导率很大,维持电弧所需的电压非常低。这相当于用一根导体将两个裸电极短接起来,气隙上的电压降将不足以维持流注放电。因此,除该电弧之外,其余放电细丝都将熄灭。为了避免大气压气体放电形成电弧,人们在气隙中引入绝缘介质,构成介质阻挡放电。DBD抑制电弧的原理可以用图2来说明:气隙击穿前,DBD相当于阻挡介质等效电容Cd和气隙等效电容Cg串联;气隙击穿后,图中开关闭合,Cg并联上1个随时间变化的等离子体电阻R(t)。显然,气隙上电压Ug可以用下式表示:Ug=Ua-Ud=Ua-1Cd∫idt。(3)式中,Ua和Ud分别是外加电压和阻挡介质上电压。当气隙击穿后,电流i迅速增大,阻挡介质上堆积的电荷及产生的Ud随之迅速增大,导致Ug急剧下降,放电熄灭,这也就阻碍了电弧的形成。当放电气隙中引入绝缘介质后,人们通常观察・2・Jan.2009High Voltage EngineeringVol.35No.1
图3 大气压空气DBD的细丝放电图像Fig.3
End2viewoffilamentarydischargeinanairgapbetweentwodielectricbarrierelectrodes到了大量稍现即逝、此起彼伏、随机分布的放电细丝。图3是从透明电极底部拍摄的大气压空气DBD的细丝放电图像,曝光时间为20ms。导致这种细丝模式的原因是:阻挡介质的绝缘特性使得DBD实际上应该等效成如图4所示的电路,它由大量的局部微电路并联而成。各微电路所对应的气隙可以独立地放电并迅速熄灭,形成大量的时空随机分布的放电细丝。只有当整个气隙同步均匀放电时,即各微电路中的开关同时闭合,并且R(t)相同时,DBD才能采用图2所示的等效电路。图5给出了典型的DBD实验布置。用电容分压器测量外加电压;在电流回路中串联50Ω的电阻以间接测量放电电流;用ICCD高速相机拍摄放电图像。图5(a)和图5(b)中的相机分别位于侧面拍摄和底面拍摄的位置,图5(b)下电极为氧化铟锡(ITO)薄膜构成的透明电极。DBD的实验参数为:大气压气体,气隙为011mm到几cm。典型的阻挡介质材料有耐热玻璃(pyrex)、石英、陶瓷、有机薄膜、硅橡胶,甚至还有电阻性阻挡介质[4]。阻挡介质厚度为几μm至几mm。根据公式(3),我们知道:阻挡介质可以被看成放电的“熄灭器”,即放电电流给阻挡介质充电,使气隙上电压迅速下降,导致放电熄灭。显然,若施加直流恒定电压,气隙中放电一次并熄灭后,因堆积在阻挡介质上的电荷没有消失,下一次放电难以发生。因此,DBD的外加电压通常为交变电压,其频率为50Hz～10MHz。图6是大气压氮气1mm间隙DBD细丝放电的电压和电流波形,众多的电流窄脉冲对应于放电图像中大量的放电细丝。若将电流脉冲展开,可以看到电流脉冲的半高宽为20～30ns,这也就是每根放电细丝的寿命。放电细丝寿命如此之短的原因是:每根细丝对应于图4中的1个局部微电路,
介质阻挡放电在绝缘材料表面改性中的应用
章程等：介质阻挡放电在绝缘材料表面改性中的应用 绝缘材料２００６。３９（６）
介质阻挡放电在绝缘材料表面改性中的应用
章 程 ，方 志 ，赵龙章 ，邱毓昌
（１．南京工业大学自动化学院，南京２１０００９；
２．西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室．西安７１００４９）
摘要：介质阻挡放电（ＤＢＤ）用于绝缘材料表面改性是当前等离子体和材料改性领域的热点研究问题之一。通过介绍ＤＢＤ
的产生方法及放电特性。并分析了ＤＢＤ等离子的物理化学过程，在此基础上综述了ＤＢＤ等离子体用于绝缘材料表面改性
的机理。改性的方法、改性的影响因素等，并分析了ＤＢＤ等离子体用于绝缘材料表面改性的国内外研究现状、应用前景及
研究中存在的主要问题等。 关键词：常压低温等离子体；介质阻挡放电；绝缘材料；表面改性
中圈分类号：ＴＭ２１３；ＴＭ２１５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００９—９２３９（２００６）０６—００４２—０６
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ
ｉｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌ
ＺＨＡＮＧ Ｃｈｅｎｇ 。ＦＡＮＧ Ｚｈｉ ，ＺＨＡＯ Ｌｏｎｇ—ｚｈａｎｇ ，ＱＩＵ Ｙｕ・ｃｈａｎｇ
（Ｉ．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ．Ｎ ｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００９，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，
Ｘｉ’ａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ。Ｘｉ’ａｎ ７１００４９．Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂａｒｒｉｅｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ （ＤＢＤ）ｆｏｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ
介质阻挡放电的基本原理
介质阻挡放电的基本原理
介质阻挡放电是指在电场作用下，电荷难以通过介质导电的现象。介质阻挡放电的基本原理可以从电介质的结构和特性、电场效应以及充电和放电过程来解释。
首先，介质是由绝缘材料构成，其结构一般具有规则的排列方式。在介质中，原子或分子之间的电子具有固定的轨道，无法自由移动。这种排列方式和电子运动特性与导体中的电子相比，导致了介质的电荷输运能力低。
其次，当一个外部电场作用于介质时，电场会对介质中的电荷进行极化。电场会将介质中的分子或原子极化成电偶极子，即极化电荷。极化的程度取决于电场的强度和介质的极化特性。在介质中，分子或原子向电场方向偏转，正负电荷分离，形成正负电荷偏振。这种电场极化并不导致电荷的自由移动，因此介质并不会导电。
当电场强度足够高时，介质中的极化现象会达到饱和状态。在饱和状态下，电场无法再引起更多的极化。此时，介质中的电荷偏振达到最大值，电场对介质中的极化电荷的力将达到平衡。这个饱和状态下的电场强度称为介质的击穿强度，它是介质阻挡放电的重要参数之一。
当外部电场强度超过介质的击穿强度时，电荷偏振不再处于平衡状态，电场对介质中的极化电荷施加的力将超过其内部束缚力，介质内部的分子或原子将会发生破坏性位移。这种破坏性位移引起了电离现象，即介质内的分子或原子失去了一些电子或获得了额外的电子。电离过程导致介质内部产生了自由电荷，形成了一个可以导电的通道。此时介质的阻挡能力会显著降低，电荷可以沿着通道进行输运，即产生了放电现象。
在充电和放电过程中，介质的电导率是一个关键因素。在充电过程中，外部电场越强，介质的电导率就越高，电荷输运能力就越强。而在放电过程中，由于电离过程产生了自由电荷，介质的电导率会明显增加，导致电荷沿着放电通道快速输运。放电的持续与否取决于充电和放电过程中对电荷输运的控制以及外部电场的变化。
总结来说，介质阻挡放电的基本原理是由于介质中电子的束缚特性和电荷极化效应导致了电荷无法自由移动。当外部电场超过介质的击穿强度时，电场将引起介质的破坏性位移，使介质电离并形成通道导电。介质的电导率是影响充电和放电过程的重要参数。这些原理在应用中被广泛使用，如绝缘材料的选用和电力设备的设计等领域。
dbd介质电阻放电臭氧
dbd介质电阻放电臭氧
一、介绍
DBD（Dielectric Barrier Discharge）介质电阻放电是指在两个电极之间加上一个绝缘层，使得电极之间的气体只能通过绝缘层上的微小孔洞进行放电。这种放电方式具有低能耗、高效率和环保等特点，被广泛应用于臭氧发生器、空气净化器、水处理和医疗等领域。
二、DBD介质
DBD介质通常采用陶瓷、玻璃等材料制成，具有良好的耐高温、耐腐蚀性能和较高的绝缘强度。常用的材料有氧化铝陶瓷、硅酸盐玻璃等。
三、DBD放电原理
当两个电极之间施加高压时，由于绝缘层上存在微小孔洞，导致局部气体被离子化形成等离子体。随着电场作用力的增大，等离子体逐渐扩展并与对面的等离子体相遇形成互相抵消的边界层。在这个过程中，由于局部气体被激发而产生了大量活性物质，如电子、正离子、负离子等。这些活性物质在与空气中的氧分子结合时，可以形成臭氧等有害物质的分解产物，从而实现空气净化、水处理和医疗等应用。
四、DBD放电特点
1. 低能耗：DBD放电所需的电压和电流较低，能够节约能源； 2. 高效率：DBD放电所产生的活性物质具有高度反应性，可以快速分解空气中的有害物质；
3. 环保：DBD放电不需要添加任何化学试剂，不会产生二次污染；
4. 安全：DBD放电过程中没有明火和高温，不会引起火灾和爆炸。
五、臭氧
臭氧是一种具有强氧化性的有害物质。在自然界中，臭氧主要存在于大气层中，是一种保护地球生态环境的重要成分。但是，在人类活动产生大量有机污染物时，臭氧就会变成一种污染源。长期暴露在高浓度臭氧环境下会对人体健康造成危害。
六、DBD臭氧发生器
DBD臭氧发生器是利用DBD放电技术制造的一种空气净化设备。它通过将空气中的氧分子转化为臭氧，从而达到净化空气的目的。DBD臭氧发生器具有高效、环保、安全等特点，被广泛应用于工业废气处理、室内空气净化和水处理等领域。
七、DBD臭氧发生器优点
1. 高效：DBD臭氧发生器可以快速分解有害物质，净化空气效果显著；
介质阻挡放电工作原理
介质阻挡放电工作原理
介质阻挡放电是一种高压电场下的放电现象，其工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 电场作用下的电子加速：在高电压电极的作用下，电子会受到电场的加速作用，从而获得能量，速度逐渐增加。
2. 离子化：当电子速度增加到一定程度时，它们会与气体原子或分子碰撞，使其失去一个或多个电子，产生正离子和自由电子。这个过程称为离子化。
3. 自由电子的碰撞电离：自由电子会继续与气体分子碰撞，进一步逐渐增加离子化的程度，使得正离子和自由电子的数量不断增加。
4. 电压峰值达到阻挡层击穿电压：当电场的电压峰值逐渐增加，最终会达到阻挡层的击穿电压。此时，在阻挡层内会形成一个高强度的电场引起"诱导电流"。
5. 放电：当电场的电压峰值达到阻挡层击穿电压时，电子和正离子会被大量产生并猛烈碰撞，从而在该区域内产生放电现象。放电同时产生的光，声，热，电磁场等现象可以被检测到。
6. 放电结束：当放电过程中的能量耗尽，或者阻挡层内的介质不能继续支持大电流和高电压时，放电过程即结束。
dbd介质阻挡放电特点
dbd介质阻挡放电特点
DBD (Dielectric Barrier Discharge)是一种非平衡气体放电现象，它在介质中形成的电弧与气体放电有很大不同。DBD介质阻挡放电具有以下特点：
1. 高电化学活性：DBD介质阻挡放电能够在较低电压下形成放电现象，具有相对较高的电化学活性。这是由于DBD介质阻挡放电所需的电子能量较低，使得放电能够在较低电场下发生。相比之下，传统的气体放电需要较高的电压才能产生放电，电化学活性较低。
2. 较低的电压和电流：DBD介质阻挡放电的启动电压通常在几千伏特至数万伏特之间，而放电电流在几微安到几毫安之间。相比之下，传统的气体放电通常需要几十千伏特以上的电压，并产生较大的电流。DBD介质阻挡放电的较低电压和电流使得其在工业和实验室应用中更为安全和易于控制。
3. 高效能：由于DBD介质阻挡放电较低的电压和电流，其能量损耗较小，放电效率较高。在空气清洁技术中，DBD介质阻挡放电可以用于去除空气中的有害物质，例如甲醛、苯、氨等。由于放电效率高，使用DBD介质阻挡放电进行空气净化能够降低电能消耗并提高能源利用效率。
4. 可控性和稳定性：DBD介质阻挡放电具有良好的可控性和稳定性。它能够通过调节电压、电流和频率来调控放电形式、放电强度和放电区域。这种可控性使得DBD介质阻挡放电在实际应用中具有一定的灵活性，并且能够满足特定环境和工艺的要求。
5. 广泛的应用领域：DBD介质阻挡放电的特性决定了它在许多领域的应用潜力。除了空气净化，DBD介质阻挡放电还可以应用于臭氧发生器、氮氧化物净化、设备表面清洁、生物医学等领域。其广泛的应用前景使得该技术备受关注和研究。 总之，DBD介质阻挡放电作为一种非平衡气体放电现象，具有高电化学活性、较低的电压和电流、高效能、可控性和稳定性等特点。这些特点使得DBD介质阻挡放电在许多领域具有广泛的应用潜力，从而吸引了众多科研人员和工程师的关注和研究。随着对DBD介质阻挡放电机理和特性的研究不断深入，相信DBD介质阻挡放电技术将在未来发展中发挥越来越重要的作用。
介质阻挡放电实验报告
一、实验目的
1. 了解介质阻挡放电（DBD）的基本原理和特性；
2. 掌握介质阻挡放电实验装置的搭建和操作方法；
3. 研究不同工作气体、电极材料和电源频率对介质阻挡放电的影响；
4. 分析介质阻挡放电产生的等离子体参数，如电子密度、气体温度等。
二、实验原理
介质阻挡放电是一种非平衡态气体放电，其基本原理是在两个电极之间插入一层绝缘介质，当施加足够高的电压时，电极间的气体会被击穿而产生放电。放电过程中，气体分子在电场作用下发生电离和复合，形成等离子体。
三、实验装置
1. 介质阻挡放电实验装置：包括两个电极、绝缘介质、高压电源、电流电压表、气体流量计等；
2. 实验气体：空气、氮气、氩气等；
3. 电极材料：不锈钢、铝、铜等；
4. 电源频率：50Hz、100kHz、1MHz等。
四、实验步骤
1. 搭建实验装置，确保电极、绝缘介质、高压电源等部件连接正确；
2. 选择实验气体，调节气体流量；
3. 设置电源频率，调整电压；
4. 观察放电现象，记录电流、电压数据；
5. 改变实验条件（如工作气体、电极材料、电源频率等），重复实验步骤；
6. 分析实验数据，得出结论。
五、实验结果与分析
1. 不同工作气体对介质阻挡放电的影响 实验结果表明，在相同条件下，空气的放电效果最好，其次是氮气和氩气。这是因为空气中的氧气和氮气分子在电场作用下更容易发生电离和复合，从而产生更多的等离子体。
2. 不同电极材料对介质阻挡放电的影响
实验结果表明，不锈钢电极的放电效果较好，其次是铝和铜。这是因为不锈钢具有较高的电阻率和耐腐蚀性，有利于产生均匀的等离子体。
3. 不同电源频率对介质阻挡放电的影响
实验结果表明，在相同条件下，100kHz的电源频率放电效果最佳，其次是50Hz和1MHz。这是因为100kHz的电源频率有利于产生稳定的等离子体，降低气体温度，提高等离子体的质量。
4. 等离子体参数分析
通过实验数据，可以计算出等离子体的电子密度和气体温度。实验结果表明，等离子体的电子密度和气体温度随着电压的升高而增加，但受电源频率和工作气体的影响较大。
介电常数与dbd放电
介电常数与dbd放电
摘要：
1.介电常数的定义和性质
2.DBD 放电的基本原理
3.介电常数与 DBD 放电的关系
4.介电常数对 DBD 放电的影响
5.结论
正文：
一、介电常数的定义和性质
介电常数，又称电介质常数，是描述电介质在电场中极化程度的物理量。它是无量纲常数，用符号ε表示。当外加电场作用于电介质时，电介质内部的分子、原子或离子会发生极化现象，形成电偶极矩。介电常数反映了电介质在电场作用下，电偶极矩的排列程度。它的数值越大，表示电介质的极化能力越强。
二、DBD 放电的基本原理
DBD（Dielectric Barrier Discharge，介质阻挡放电）是一种在两个电极之间建立的气体放电现象。在这种放电模式中，一个电极被覆盖有一层介质，该介质具有较高的介电常数。当外加电压达到一定值时，电介质中的气体会发生放电，形成电子、离子和自由基等活性物质。DBD 放电具有低温等离子体特性，可以在低温下进行表面处理、环境保护等领域的应用。
三、介电常数与 DBD 放电的关系
介电常数是影响 DBD 放电的一个重要因素。在 DBD 放电过程中，电介质的介电常数决定了电场分布和极化程度。当介电常数较大时，电场分布更加集中，有利于电子和离子的加速和碰撞，从而提高放电的电流和能量。另一方面，较大的介电常数可以降低放电的电压阈值，使得放电容易发生。
四、介电常数对 DBD 放电的影响
介电常数对 DBD 放电具有显著的影响。首先，介电常数影响电介质的极化程度。当介电常数较大时，电介质的极化程度更高，有利于电子和离子的加速和碰撞，从而提高放电的电流和能量。其次，介电常数影响放电的电压阈值。当介电常数较大时，放电的电压阈值降低，使得放电容易发生。最后，介电常数还会影响放电的稳定性。当介电常数较小时，放电容易发生不稳定现象，如脉冲式放电和振荡放电。
五、结论
介电常数是影响 DBD 放电的重要因素。它决定了电场分布和极化程度，影响放电的电流、能量和稳定性。
《气体放电技术》课程大作业
大连理工大学网络教育学院
《气体放电技术》大作业
学生姓名：
奥鹏卡号：
学习中心：
大连理工大学网络教育学院气体放电技术大作业
2 题目四：介质阻挡放电具有较广泛的前景，根据课程所学，介绍介质阻挡放电技术的重要应用；并选择其中一种应用领域，简述其原理。
一、 介质阻挡放电概述
介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge，DBD)是有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电又称介质阻挡电晕放电或无声放电。介质阻挡放电能够在高气压和很宽的频率范围内工作，通常的工作气压为10～10000。电源频率可从50Hz至1MHz。电极结构的设计形式多种多样。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。在实际应用中，管线式的电极结构被广泛的应用于各种化学反应器中，而平板式电极结构则被广泛的应用于工业中的高分子和金属薄膜及板材的改性、接枝、表面张力的提高、清洗和亲水改性中。
二、 介质阻挡放电的应用
虽然介质阻挡放电已被开发和广泛的应用，可对它的理论研究还只是近20年来的事，而且仅限于对微放电或对整个放电过程某个局部进行较为详尽的讨论，并没有一种能够适用于各种情况DBD的理论。其原因在于各种DBD的工作条件大不相同，且放电过程中既有物理过程，又有化学过程，相互影响，从最终结果很难断定中间发生的具体过程。
由于DBD在产生的放电过程中会产生大量的自由基和准分子，如OH、O、NO等，它们的化学性质非常活跃，很容易和其它原子、分子或其它自由基发生反应而形成稳定的原子或分子。因而可利用这些自由基的特性来处理VOCs，在环保方面也有很重要的价值。DBD等离子体材料表面改性时的作用深度范围从材料表面下几纳米至几百纳米，能在不影响基体性能的前提下改善材料表面的物理化学性能。同时，该项技术还具有工艺简单、操作简便、环保节能等优点，十分适合大规模连续化工业应用。另外，利用DBD可制成准分子辐射光源，它们能发射窄带辐射，其波长覆盖红外、紫外和可见光等光谱区，且不产生辐射的自吸收，它是一种高效率、高强度的单色光源。在DBD电极结构中，采用管线式的电极结构还可制成臭氧O3发生器。现在人们已越来越重视对DBD的研究与应用。 大连理工大学网络教育学院气体放电技术大作业
常压介质阻挡放电的特性研究及应用前景
第２６卷第１期 ２０１３年２月 大学物理实验 ＰＨＹＳＩＣＡＩ ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴ ０Ｆ Ｃ０Ｉ ＬＥＧＥ Ｖｏ１．２６ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１３
文章编号：１００７—２９３４（２０１３）０１—００３６－０４
常压介质阻挡放电的特性研究及应用前景
陈龙溪 ，吴斌
（１．山东青年政治学院，山东济南２５０１０３；２．山东省信息安全与智能控制高校重点实验室，山东济南２５０１０３； ３．中国科学院等离子体物理研究所，安徽合肥２３００３１）
摘 要：常压介质阻挡放电由于其具有均匀、散漫、稳定，而且不需要真空系统等优点，正日益受到 人们的重视和研究。文章给出了常压介质阻挡放电的研究进展，包括实验装置、实验条件、放电机理以 及最新的诊断方法，还介绍它在材料表面改性、环境工程、食品加工等方面的应用前景。 关键词：常压介质阻挡放电；均匀；散漫；稳定；低温等离子体 中图分类号：Ｏ ４－３３ 文献标志码：Ａ
现阶段，由于常压低温等离子体在材料加工、 环境工程、食品加工等领域的广泛应用，常压低温
等离子体得到了越来越多的重视和研究。现在常
压低温等离子体可通过多种方式产生，例如，利用
电晕放电、射频微波放电、介质阻挡放电等。而在 这些放电方式中，介质阻挡放电由于其具有放电
均匀、散漫和稳定等优点＿１］，近年来受到人们越来
越多的重视和研究。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形式，介质可以覆
盖在电极上或者悬挂在放电空间里。这样，当在
放电电极上施加足够高的交流电压时，电极间的 气体，即使在常压下也会被击穿而形成常压介质
阻挡放电。 事实上，早在１００多年前，等离子体在工业上 已得到应用，比如利用臭氧净化水、荧光灯、薄膜
刻蚀等［２］。但早期对等离子体的应用主要是低气
压等离子体，低气压等离子体存在诸多缺点，它只
能在真空条件下和特定的容器内反应，随着气压
的增加，平均电子自由程减小，当气体压强与气体
介质阻挡放电
介质阻挡放电
介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge，DBD)是有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电又称介质阻挡电晕放电[1]或无声放电。介质阻挡放电能够在高气压和很宽的频率范围内工作，通常的工作气压为10～10000。电源频率可从50Hz至1MHz。电极结构的设计形式多种多样。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。在实际应用中，管线式的电极结构被广泛的应用于各种化学反应器中，而平板式电极结构则被广泛的应用于工业中的高分子和金属薄膜及板材的改性、接枝、表面张力的提高、清洗和亲水改性中。
介质阻挡放电通常是由正弦波型(sinusoidal)的交流(alternating
current, AC)高压电源驱动，随着供给电压的升高，系统中反应气体的状态会经历三个阶段的变化，即会由绝缘状态(insulation)逐渐至放电(breakdown)最后发生击穿。当供给的电压比较低时，虽然有些气体会有一些电离和游离扩散，但因含量太少电流太小，不足以使反应区内的气体出现等离子体反应，此时的电流为零。随着供给电压的逐渐提高，反应区域中的电子也随之增加，但未达到反应气体的击穿电压(breakdown voltage;
avalanche voltage)时，两电极间的电场比较低无法提供电子足够的能量使气体分子进行非弹性碰撞，缺乏非弹性碰撞的结果导致电子数不能大量增加，因此，反应气体仍然为绝缘状态，无法产生放电，此时的电流随着电极施加的电压提高而略有增加，但几乎为零。若继续提高供给电压，当两电极间的电场大到足够使气体分子进行非弹性碰撞时，气体将因为离子化的非弹性碰撞而大量增加，当空间中的电子密度高于一临界值时及帕邢(Paschen)击穿电压时，便产生许多微放电丝(microdischarge)导通在两极之间，同时系统中可明显观察到发光(luminous)的现象此时，电流会随着施加的电压提高而迅速增加。