介质阻挡放电
介质阻挡放电在环境领域中应用现状
介质阻挡放电在环境领域中应用现状
介质阻挡放电，指在介质中施加电场，使其达到击穿电压时发生放电，但由于介质阻挡效应，电荷不能直接通过介质，而是发生阻挡，并在介质表面或附近形成电晕放电或辉光放电等现象。
介质阻挡放电具有能量低、局部性强、可控性好等特点，因此在环境领域中有着广泛的应用。
1. 空气污染治理
介质阻挡放电可以用于空气污染治理中的氮氧化物、二氧化硫、VOCs等有害气体的去除。
可以通过在空气流动处设置阻挡式电晕放电器，使有害气体在电晕放电作用下发生化学反应，转化为无害物质，并沉积在收集器上。
介质阻挡放电杀菌的原理可以用于治理空气中的微生物污染。
2. 污水处理
3. 固体废物处理
4. 空气净化
介质阻挡放电可以用于室内空气净化中对于细菌、病毒等微生物的杀灭和去除，杀菌率可达99.9%以上。
可以通过同步辅助紫外线、光催化等技术来提高清洁效果。
5. 医疗卫生
介质阻挡放电系统可以用于医疗卫生中对于高风险感染的控制，如手术室、ICU、放射治疗室等。
可以通过设置阻挡式电晕放电系统进行空气净化，减少细菌等微生物对于患者健康的影响。
介质阻挡放电具有能量低、局部性强、可控性好、环保性好等优点，因此在环境领域中的应用前景也是非常广阔的。
但同时也要注意介质阻挡放电在电晕放电等过程中会产生臭氧等有害物质，可能会对人体健康产生影响，因此需要制定安全规范，充分考虑人体健康和环保因素。
7 介质阻挡放电技术与应用
t 0 Q (t T )
Q (t 0)
u(t )i(t )dt
u(t )dQ
P Wn f
f——输入电压的频率
7.2.8介质阻挡放电参数的影响因素
由于壁电荷的作用使得DBD 放电发生的时刻在驱动 电压正负半周期不对称,相邻两次放电间隔长短交替; 随着驱动电压幅值的增加,介质板厚度或气体间隙距 离的减小,DBD 微放电增多,传输电荷量增多,介质表 面累积电荷量增多,壁电荷对介质阻挡放电的影响增 大;当壁电荷足够多时,甚至会出现反向放电。 随着气压的降低,等离子体发射光谱强度逐渐增大, 其变化规律近似为线性. 这表明在低气压下,空气更 容易被电离,因此等离子体的激励效果在高空中很可 能更好.
大气压空气DBD 的细丝放电图像
介质阻挡放电是一种非常适合进行等离子体化学反应的 放电形式，其特点有以下几个方面： （1）等离子体操作范围较广，可在常压甚至在加压下进行反应， 通常气压在104~106帕，允许的电子能量也比较宽1~10eV，频率 从50Hz到MHz的数量级均可使用，由各不同的化学反应来选择。 （2）无声放电呈微放电形式，通过放电间隙的电流由大量微细 的快脉冲电流细丝组成，放电表现稳定、均匀。在两电极之间 的电介质可防止放电空间形成局部火花或弧光放电，保证化学 反应的安全进行。 （3）无声放电具有较大体积的等离子体放电区，也就是在反应 过程中反应分子接触的较充分，有利于反应完成。
7.3.1 微放电的形貌
7.3 甲烷的微放电
下图为介质阻挡放电条件下甲烷和乙炔生成聚合物的 扫描电镜照片
200倍 48倍 微放电在等离子体聚合物上的印痕
微放电通道中甲烷解离和碳二烃、碳三烃的形成 和扩散示意图
CH4 t=0 je CH4 t=τ1 微放电的寿 命~ns CH4 CHx CH4 t=τ2 碳二烃形 成时间~us CH4 CHx C2Hy CH4 t=τ3 扩散时间 常数~ms CH4CHx C2Hy C3Hz
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。
《介质阻挡放电zz》课件
化工
用于提高化工安全和降低生产成 本
发展方向
1
新材料研发
研发高效阻挡放电材料已被列为中长期重点发展项目
2
新技术探索
利用高端技术，如机器学习和智能物联网，提高阻挡放电性能及可靠性
3
新应用场景
在空气净化器、照明以及制冷系统等领域与其他技术协同发展
测试与评估方法
高电压放电测试
重点测试介质在高电场下的电性质和故障特性
研发适用于不同工程的产品，同 时提高研究的透明度和可复制性
未来展望和趋势
1
新材料的应用
研究晶体衬底和奈米技术，预计将采用新型高效介质
2
复合材料技术
使用新型的复合材料，增加高强度、高导热性、低介质损耗等特性
3
电动车电池系统ຫໍສະໝຸດ 介质将在可控的选择和设计下成为电池领域大量应用的材料之一
介质阻挡放电zz
介质阻挡放电是什么？本课将会探讨它的定义、作用，以及它的重要性和未 来的发展。
分类和特点
1 固体介质
高温、高压下应用广泛
2 液体介质
粘度小，易于应用于高电 压系统
3 气体介质
常用于特定环境：如太空 行动，或者需要防止爆炸 的应用场景中
应用领域
电子元器件
用于防静电和过电压的保护
电力系统
表面电势测试
检测介质表面的电势变化，判断介质的稳定性
介质损耗检测
利用介电材料的损耗特性检测介质的质量
阻挡放电试验法
模拟介质在电弧条件下的应用环境，测试介质 的耐电弧性能
挑战和解决方案
不稳定的应用环境
分析电弧条件，改进高温高压环 境下的介质接口设计
安全隐患
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。
介质阻挡放电的优势
介质阻挡放电的优势随着现代科技日益发展，介质阻挡放电已成为一种广泛应用于电工领域的高科技技术。
介质阻挡放电能够通过气体局部放电的方式，使高压电流在介质中不断推进，并形成高能量密度的电子束和电子流，从而实现长距离电流输送和能量传递。
那么，介质阻挡放电有哪些优势呢？一、高效能传导，低损耗相对于常规线路输电，介质阻挡放电具有高效能传导和低损耗的特点。
在常规输电中，电流与空气的接触面积较小，能量传递也相对缓慢。
而在介质阻挡放电中，通过移动电子的高速能量传递方式，传输效率大大提高。
此外，介质阻挡放电可以通过控制电子的密度和速度，以及合理选择介质的类型和压力，进一步提高效能传度和降低损耗。
二、可靠性高，维护成本低介质阻挡放电技术采用气体局部放电的方式传输电流，相对于传统的金属线路而言，不易发生短路和故障。
在故障发生时，也更容易定位和解决问题。
另外，由于输电过程中没有密集的金属线杆，除非介质失效，否则维护起来比传统的线路成本更低。
三、适应环境广介质阻挡放电技术可以应用于几乎所有环境中，包括空气、水、地下、太空等。
通过合理选择介质类型，可以适应不同的温度、压力、湿度和电压等环境要求。
此外，在塔架的支持方面，不需要占用太多的地面面积，适用于狭小复杂环境的输电。
四、安全性高介质阻挡放电技术具有高安全性。
在传统的输电过程中，因为金属线杆需要大量的占用土地和人力物力维护费用，并且常常发生电弧、重载、短路等故障。
而介质阻挡放电技术不仅可靠性更高，而且在发生故障时，多采用回路自动断电保险措施，保障了设备和人员的安全。
五、环保性好介质阻挡放电技术具备更好的环保性。
在传统的输电过程中，大量的金属导线和电缆存在不可避免的化学污染和环境损害。
而介质阻挡放电直接通过气体放电的方式传输电能，不需要使用有害的化学材料和元素，对自然生态绿化和环境保护具有积极意义。
六、可配合多元化的能源种类介质阻挡放电技术可以配合多种不同的新能源种类进行使用，如太阳能、风能、地热能、潮汐能等，成功推进可再生能源的开发。
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工作原理是一种电气现象，常见于高压电力设备和电气设备中，其原理是通过介质的阻挡作用，阻止电流通过介质流动，从而实现对设备的保护和安全运行。
本文将深入探讨介质阻挡放电工作原理的相关内容，包括其定义、机制、应用领域以及相关研究进展等方面。
首先，我们来定义介质阻挡放电工作原理。
简而言之，介质阻挡放电是指当高压作用下的导体与绝缘体之间存在一定的间隙时，在一定条件下发生放电现象。
这种现象是由于绝缘体对高压导体上的电荷具有一定程度的隔离和屏蔽能力而产生。
了解了介质阻挡放电的基本定义后，我们将深入探讨其工作原理。
首先要了解的是导体与绝缘体之间存在一个称为击穿场强（Breakdown Field Strength）的参数。
当施加在绝缘体上的场强超过击穿场强时，就会发生击穿现象。
在实际应用中，为了保证设备和系统能够安全运行，我们需要选择合适的介质材料和适当的击穿场强。
一般来说，绝缘体的击穿场强越高，其对电流的阻挡能力就越强。
因此，在选择绝缘材料时，我们需要考虑其击穿场强以及其他性能指标。
介质阻挡放电工作原理还与介质材料的性质和结构密切相关。
不同的介质材料具有不同的电学性能和结构特点，因此其对放电现象的响应也有所不同。
例如，在高压电力设备中常用的绝缘材料有气体、液体和固体等。
气体作为一种常见介质，在高压设备中具有较高的击穿场强，因此可以用来阻挡放电。
液体作为一种绝缘介质也广泛应用于高压设备中。
液体具有较好的导热性能和自愈特性，在阻挡放电方面表现出良好效果。
同时，液体还可以起到冷却设备、降低温升等作用。
固体作为一种常见绝缘材料，在高压设备中也起到了重要作用。
固体绝缘材料具有较高的击穿场强和较好的机械强度，能够有效阻挡放电并保护设备的安全运行。
除了介质材料的选择，介质阻挡放电工作原理还与电场分布和介质结构有关。
在高压设备中，为了保证电场分布均匀，我们需要合理设计设备结构和选择合适的绝缘体。
介质阻挡放电 工作气压
介质阻挡放电工作气压标题：从简到繁：介质阻挡放电与工作气压的深入探讨导语：在现代科技日趋发达的背景下，处于高压工作环境的设备和系统的安全问题日益受到重视。
作为一种重要的电流测量和控制方式，介质阻挡放电在高压装置中起着非常关键的作用。
本文将以介质阻挡放电和其与工作气压的关系为线索，从简到繁地诠释这一概念，并探讨其在实际应用中的重要性和挑战。
一、介质阻挡放电的基本原理1. 什么是介质阻挡放电？介质阻挡放电是指在高压电场中，介质的特性使其阻止电流的流动，从而形成一种特殊的电流测量和控制方式。
2. 介质阻挡放电的机制介质阻挡放电的机制主要包括电漏、载流子注入和电离三个过程。
通过这些过程，介质阻挡放电能够实现对高压装置中的电流进行测量和控制。
3. 介质阻挡放电的关键参数介质阻挡放电的关键参数包括电阻率、绝缘强度和介电常数等，这些参数决定了介质对电流的阻挡能力以及其在高压装置中的应用范围和稳定性。
二、工作气压对介质阻挡放电的影响1. 工作气压的作用机制工作气压是指介质阻挡放电过程中的环境气压。
工作气压的变化会对介质阻挡放电的过程和效果产生直接影响。
2. 工作气压的影响因素工作气压的影响因素主要包括压力、温度和湿度。
这些因素会改变介质的物理特性和电学性能，从而影响介质阻挡放电的效果。
3. 工作气压的应用范围和限制工作气压可以影响介质阻挡放电的稳定性和可靠性。
不同的工作气压对于不同的高压装置和设备有着不同的要求和限制。
三、介质阻挡放电在实际应用中的重要性和挑战1. 介质阻挡放电的应用领域和价值介质阻挡放电广泛应用于高压装置、电力输配电系统、电子器件等领域，对安全运行和电流控制起着至关重要的作用。
2. 介质阻挡放电的挑战和研究方向介质阻挡放电在实际应用中面临的挑战主要包括介质老化、电压不稳定和放电过程控制等。
未来的研究方向主要集中在改进介质材料、提高电流测量精度和优化放电控制策略等方面。
个人观点与理解：介质阻挡放电作为一种重要的电流测量和控制方式，为高压装置的安全运行和电流控制提供了可靠的手段。
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低温等离子体的发生技术
直流辉光放电 低频放电等离子体 高频放电等离子体 非平衡大气压等离子体放电 介质阻挡放电
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当气体被击穿，导电通道建立后，空间电荷在放 电间隙间输送，并积累在介质上。这时介质表面 电荷将建立起电场，直到将原来的外加电场削弱 为零，以至于中断了放电电流。
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介质阻挡放电的特点
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实验装置及参数
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介质阻挡放电
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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。介质可以覆盖在电极上或悬挂在放电 空间。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很高的气压下，也会 被击穿而形成所谓的介质阻挡放电。
这种放电看似均匀稳定，但实际上它有大量细致 的快脉冲放电通道,通常放电空间的气体压强为10 4Pa- 105Pa或更高。
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在大气压下（105Pa），这种气体放电呈 现微通道的放电结构，即通过放电间隙的 电流由大量快脉冲电流细丝构成。电流细 丝在放电空间和时间上都是无规则分布的 。这种电流细丝也称为微放电。每个微放 电的时间过程都非常短促，寿命不到10ns ，而电流密度却很高。在介质表面上微放 电扩散成表面放电，这些表面放电呈现明 亮的斑点，大的可达几个毫米。
等离子体的分类
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1、按等离子焰温度分：
（1） 高温等离子体：温度相当于108~109 K完全电离
的等离子体，如太阳、受控热核聚变等离子体。
（2）低温等离子体： 热等离子体：稠密高压（1大气压以上），温度103~1
05K，如电弧、高频和燃烧等离子体。
冷等离子体： 电子温度高（103~104K）、气体温度低,
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介质阻挡放电（DBD）能够在大气压下产生大 体积、高能量密度的低温等离子体，不需要真空设 备就能在室温或接近室温条件下获得化学反应所需 的活性粒子，相对于其他材料表面改性方法来说， DBD等离子体材料表面改性具有独特的应用价值。
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
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介质阻挡放电的机制
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这个电场将会向阴极传播。在传播过程中原子和 分子得到进一步的电离，并激励起向阴极传播的 电子反向波。这样一个导电通道能非常快的通过 放电间隙而造成气体的击穿。
介质阻挡放电的机制
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当电极两端加上交流电压时，在半个周期内，可 以认为是直流放电。在第一个电子雪崩通过放电 间隙的过程中出现了相当数量的空间电荷。他们 聚集在雪崩头部。
由于电子运动速度快，电子 集中在雪崩的球状头部，正 离子滞后于电子而在雪崩的 后部。这样就产生了一个自 感电场叠加在外电场上，同 时对电子产生影响。
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空气中微放电在介质表面斑点的照Comp片any Logo
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气体温度大致相等的等离子体。如常压下的电弧
放电等离子体和高频感应等离子体。
（2）非平衡等离子体：低气压下或常压下，电子
温度远远大于气体温度的等离子体。如低气压下 DC辉光放电和高频感应辉光放电，大气压下DBD 介质阻挡放电等产生的冷等离子体。
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介质阻挡放电等离子体材料 表面改性
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如稀薄低压辉光放电等离子体、电晕放电等离子体、 DBD介质阻挡放电等离子体、索梯放电等离子体等。
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等离子体的分类
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2、按等离子体所处的状态：
（1）平衡等离子体：气体压力较高，电子温度与
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介质阻挡放电的电极结构
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聚丙烯（PP）具有优良力学性能、电气性 能和耐化学腐蚀性能，因而被广泛应用于医学、 电工、化工和包装等工业领域。但PP膜的表面 能较低，导致其表面的亲水性、粘结性、可印 性和可染性等性能较差，这大大限制了其应用 范围。