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介質(zhì)阻擋放電(DielectricBarrierDischarge)是指兩個電極被絕緣介質(zhì)分開的高壓放電現(xiàn)象。絕緣介質(zhì)通常覆蓋在電極上方,也可以以特殊形式懸浮在放電空間中。當(dāng)施加交流電壓時,該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生電流。最早的DBD實(shí)驗(yàn)可以追溯到1857年,當(dāng)時西門子通過兩個同軸玻璃管之間的狹窄環(huán)形間隙引入氧氣或空氣,并施加足夠強(qiáng)的交流電場,觸發(fā)介質(zhì)阻擋放電,將氧氣轉(zhuǎn)化為臭氧。與火花放電相比,DBD產(chǎn)生的噪聲更小,因此也被稱為靜音放電、臭氧放電或者部分放電。由于DBD存在至少存在一個絕緣的電介質(zhì)屏障,使其結(jié)構(gòu)類似于電容器。因此,為實(shí)現(xiàn)放電,需要在電極兩側(cè)施加交流電,而直流電則無法實(shí)現(xiàn)此目的。此外,為確保氣體擊穿現(xiàn)象的發(fā)生,必須保證電場強(qiáng)度達(dá)到足夠高的水平。介質(zhì)阻擋放電的典型形式主要有三種,如圖1-1所示:(a):僅有一側(cè)電極被介質(zhì)覆蓋;(b):兩側(cè)電極均被絕緣介質(zhì)所遮蔽;(c):介質(zhì)被置于兩電極之間。一般選用玻璃或硅石玻璃作為介電阻擋絕緣層的材料,也可根據(jù)具體情況選用陶瓷、薄搪瓷或聚合物層。

圖1 不同類型的DBD等離子體裝置 

DBD大氣低溫等離子體是一種非熱等離子體,可以在室溫下運(yùn)行,不需要高溫條件,因此可以在廣泛的應(yīng)用中使用,包括材料表面處理、環(huán)境凈化等領(lǐng)域。同樣可以在較低的電壓和頻率下產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體,具有較高的能量效率。由于DBD等離子體在低溫下運(yùn)行,因此相對于其他高溫等離子體,其安全性更高,不易引起火災(zāi)或其他安全問題。可以產(chǎn)生均勻的等離子體,實(shí)現(xiàn)對大面積材料的均勻處理,適用于表面修飾和功能化等應(yīng)用。在處理過程中不會產(chǎn)生有害氣體或化學(xué)物質(zhì),對環(huán)境友好,可以用于空氣凈化、水處理等環(huán)保領(lǐng)域。參數(shù)可以進(jìn)行精確控制,如電壓、頻率、氣體流量等,可以根據(jù)不同應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)整,具有較高的可控性。

總的來說,DBD等離子體具有低溫、高效能、安全、均勻、環(huán)保和可控等特點(diǎn),適用于廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,并在材料表面處理、環(huán)境凈化、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力和應(yīng)用前景。