介质阻挡放电-DBD
介质阻挡放电臭氧产生的传热及动力学模拟的开题报告
介质阻挡放电臭氧产生的传热及动力学模拟的开题报告【题目】介质阻挡放电臭氧产生的传热及动力学模拟【背景】臭氧可以被用作空气净化剂、消毒剂、杀菌剂等，但是直接制备臭氧比较困难，因为臭氧的分解温度很高。
一种较为常用的制备方法是用介质阻挡放电（DBD）技术。
DBD技术是一种常用的气体放电技术，可以将气体分子激发成带电离子、自由基等，同时也可以分解分子制备新的化合物。
在DBD技术中，一般使用电极之间放置介质进行放电，臭氧产生的反应机制很复杂，其中涉及多种物理、化学过程，如氧气分子的激发、电子轰击、电子复合、三体反应等。
因此，详细的传热与动力学模拟对于优化反应器设计、提高臭氧产量具有很大意义。
【研究内容】本研究的主要内容包括：1. 介质阻挡放电反应器的构建和参数的选择，例如电压、频率、介质种类等；2. 设计传热和动力学模型，同时结合数值模拟方法进行计算分析；3. 优化设计并验证模拟结果。
【研究方法】本研究采用以下方法进行：1. 调节反应器电压、频率、介质种类等参数，统计记录反应器内部的气体温度、压力、溶解度等数据；2. 基于传热和动力学原理，设计反应机理模型，结合计算流体力学（CFD）软件建立数值模型，模拟介质阻挡放电过程中发生的各种反应；3. 根据模拟结果，对反应机理模型和反应器参数进行优化设计，重新进行实验验证；4. 结合实验和模拟结果，验证模拟的准确性。
【研究意义】本研究主要有以下意义：1. 通过研究介质阻挡放电反应器内部的传热和动力学过程，建立臭氧的产生模型，为提高臭氧的产量和降低制备成本提供理论基础；2. 设计的传热和动力学模型可以用于反应器的优化设计和运营控制，节约能源和提高效率；3. 本研究的成果对于气体分子反应动力学和传热学等领域的研究具有借鉴意义。
dbd介质阻挡放电电极间距
dbd介质阻挡放电电极间距
DBD (Dielectric Barrier Discharge) 是一种非热等离子体放电现象，常用于气体放电和等离子体处理应用中。
在DBD放电中，中间有一个绝缘介质层隔开了两个电极。
介质阻挡放电的电极间距可以根据实际应用需求来确定。
一般来说，较小的电极间距可以产生较高的电场强度，从而增加放电效果。
然而，太小的电极间距可能会导致击穿现象，使电流过大，甚至损坏设备。
对于DBD放电系统，常见的电极间距范围在几毫米到几厘米之间，具体取决于所使用的介质、电压和放电功率等因素。
在实际设计中，需要考虑到电场分布均匀性、电子束密度和介质击穿强度等因素，以实现最佳的放电效果。
需要注意的是，不同的应用领域和具体情况可能会有不同的要求，因此在确定电极间距时，建议参考相关文献、经验或专业人士的建议，并进行实验验证。
低温等离子体(介质阻挡放电)
低温等离子体技术简介(介质阻挡放电)所谓等离子体是继固体、气体、液体三态后，列为物质的第四态，由正离子、负离子、电子和中性离子组成，因体系中正负电荷总数相等，故称为“等离子体”。
等离子体按粒子温度可分为平衡态（电子温度=离子温度）与非平衡态（电子温度>>离子温度）两类。
非平衡态等离子体电子温度可上万度，离子及中性离子可低至室温，即体系表观温度仍很低，故称“低温等离子体”，一般由气体放电产生。
气体放电有多种形式，其中工业上使用的主要是电晕放电（在去除废气中的油尘上应用已相当成熟）和介质阻挡放电（用于废气中难降解物质的去除）两种。
低温等离子体技术是近年发展起来的废气处理新技术，低温等离子体处理废气的原理为：当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。
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，以达到降解污染物的目的。
低温等离子体的产生途径很多，我们使用的低温等离子体工业废气处理技术采用的放电形式为双介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,简称DBD)。
装置示意图如图1所示。
图1 介质阻挡放电示意图DBD放电净化设备优点:介质阻挡放电是一种获得高气压下低温等离子体的放电方法，由于电极不直接与放电气体发生接触，从而避免了电极的腐蚀问题。
介质阻挡放电等离子体技术具有以下优点：①介质阻挡放电产生的低温等离子体中，电子能量高，几乎可以和所有的气体分子作用。
②反应快，不受气速限制。
③电极与废气不直接接触，不存在设备腐蚀问题。
④只需用电，操作极为简单，无需专人员看守，基本不占用人工费。
⑤设备启动、停止十分迅速，随用随开，不受气温的影响。
⑥气阻小，适用于高流速，大风量的废气处理。
⑦工艺已相对成熟。
低温等离子体技术(介质阻挡放电)净化原理为：在外加电场的作用下，介质放电产生的大量携能电子轰击污染物分子，使其电离、解离和激发，然后便引发了一系列复杂的物理、化学反应，使复杂大分子污染物转变为简单小分子安全物质，或使有毒有害物质转变为无毒无害或低毒低害物质，从而使污染物异味得以降解去除。
介质阻挡放电等离子体分解CO2研究
介质阻挡放电等离子体分解CO2研究介质阻挡放电等离子体分解CO2研究近年来，随着环境污染问题日益严重，寻找高效、可持续的能源替代品的需求越来越迫切。
其中，二氧化碳（CO2）的分解被认为是一种潜在的方法，可以同时减轻温室气体排放量和获得有价值的碳源。
介质阻挡放电等离子体（DBD）技术是目前公认的一种有效的等离子体产生方法。
DBD将两个带电的电极分隔开，通过施加高电压和频率，产生强烈电场以使介质被击穿，从而形成气体放电。
这种放电过程中产生的等离子体能够引起CO2分子的解离，产生氧气（O2）、一氧化碳（CO）和其他有机碳化合物。
研究表明，DBD技术可以有效分解CO2，但诸多因素会影响其效率。
首先，放电电压和频率是影响DBD解离CO2的重要参数。
通常，较高的电压和频率可以提高CO2分解效率，但也会增加系统的能耗。
因此，在设计和优化DBD反应器时，需在经济性和效率之间进行平衡。
其次，电极的选择也会影响DBD过程中CO2分解的效率。
常见的电极材料包括金属、合金和氧化物等。
研究表明，表面处理和改性可以显著提高电极的催化活性，加速CO2的分解反应。
例如，通过引入钯（Pd）等金属催化剂，可以提高CO2分解产物中CO的选择性。
此外，介质物质和厚度也会影响DBD分解CO2的效率。
不同的介质材料具有不同的密度、导电性和电子亲和力，因此对放电过程和CO2分解产物的形成有着重要影响。
较好的介质材料应具有较高的氧化电位，以提高产生氧气的选择性，同时保持较低的电离能，使其易于被放电激发。
此外，CO2分解的反应条件也对DBD技术的效率起着重要作用。
例如，CO2浓度、温度以及反应气体的流速等，均能够影响CO2分解的速率和产物选择性。
通常，较高的CO2浓度、适宜的温度以及合理的反应气体流速可以提高CO2的分解效率，获取更多的有价值产物。
总的来说，介质阻挡放电等离子体技术是一种有望用于二氧化碳分解的方法。
通过对其关键参数、反应条件和材料选择的研究，可以进一步提高CO2分解效率，减少环境污染，并为未来的清洁能源开发提供可行的路径。
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；2. 环保：DBD臭氧发生器不需要添加任何化学试剂，不会产生二次污染；3. 安全：DBD臭氧发生器过程中没有明火和高温，不会引起火灾和爆炸；4. 维护成本低：DBD臭氧发生器无需更换滤网等耗材，维护成本低廉。
介阻挡放电dbd等离子体质
介阻挡放电dbd等离子体质介阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge，简称DBD）等离子体是一种通过在介质中引入电场，产生非热等离子体的技术。
DBD等离子体在材料科学中具有广泛的应用，包括表面改性、材料合成、光催化等方面。
本文将深入探讨DBD等离子体的基本原理、特性及其在材料科学中的应用。
一、DBD等离子体的基本原理电场作用：DBD等离子体是通过在介质中施加交变电场来产生的。
介质可以是气体、液体或固体，当介质处于电场中时，电子被加速并与原子、分子碰撞，形成等离子体。
介质屏障：DBD中的介质通常被设计成一个屏障，以防止气体放电在整个空间中扩散。
这种屏障可以是绝缘体、氧化物薄膜等，通过合理设计可以控制放电的形态和位置。
非热等离子体：与热等离子体不同，DBD等离子体通常是非热等离子体，即在产生等离子体的过程中，温度升高较小。
这使得DBD等离子体在许多材料处理过程中更为适用，尤其是对于对温度敏感的材料。
二、DBD等离子体的特性选择性激发：DBD等离子体可以实现对特定化合物的选择性激发。
通过合理选择介质和施加电场条件，可以实现对特定分子的激发，有助于实现一些特殊材料的合成和改性。
低温等离子体：由于DBD等离子体通常是非热等离子体，产生的温升相对较小，使其适用于对温度敏感的材料。
这也为材料表面处理提供了更多的选择。
局部处理：DBD等离子体产生的放电可以被定向和局部化，这为在材料表面进行局部处理提供了便利。
可以通过控制电场和介质屏障来实现对特定区域的处理。
三、DBD等离子体在材料科学中的应用表面改性：DBD等离子体广泛用于材料表面改性，包括表面活性改善、功能化处理等。
通过调控等离子体对表面的影响，改善了材料的性能和功能。
材料合成：DBD等离子体被应用于一些新材料的合成过程，例如纳米颗粒、薄膜等。
通过控制等离子体条件，可以实现对材料结构的精确调控。
光催化：DBD等离子体在光催化领域有着重要的应用。
介质阻挡放电DBD系统谐振与利弊分析
DBD系统谐振与利弊分析
介质阻挡放电（DBD）一般都是电容耦合型的放电形式，其反应器可等效为一个非线性电阻与电容的并联。
作为放电激励的电源往往含有升压变压器，因此电源与反应器构成了一个含有电感、电阻和电容的网络，在一定的电源频率下必然发生谐振。
一般来说，DBD是由数量庞大的流光放电所组成的，这些流光放电依据媒质气体的不同通常可持续几纳秒至几百纳秒。
因此，当DBD系统不发生谐振时，DBD反应器内流光放电的数量会随着激励频率的提高而成倍增加，从而表现为媒质气体的电离程度随激励频率的增加而增强。
而如果DBD系统在应用频率范围内存在某一谐振频率，在相同激励电压条件下，在谐振频率之后DBD中媒质气体的电离程度将不会随激励频率的增加而增大，而是出现相反的结果。
这是由于在激励频率远离谐振点时，DBD上实际获得的电压远小于谐振时的电压。
从这个意义上说，DBD系统的谐振对高于谐振频率时反应器放电性能的影响是不利的。
因此，必须设法提高DBD系统的固有谐振频率。
谐振对DBD系统的危害还表现在发生谐振时，DBD反应器电介质层与变压器线圈所承受的电压要比电源电压高得多，因此谐振会对电介质层与变压器线圈绝缘带来危害。
品质因数Q值越高，其危害程度也就越大。
因此，尽量降低Q值对DBD系统的稳定运行十分必要。
在系统绝缘及使用频率能够满足要求的情况下，使系统工作于谐振频率处可有效地降低激励电源的申.压。
由于谐振时DBD系统呈现阻性，可有效地将电源电压耦合到DBD的放电间隙内，并利用谐振时系统呈现阻性的性质还可以简单地测出DBD等离子体的等效电阻。
介质阻挡放电-发射光谱测定偏二甲肼
介质阻挡放电-发射光谱测定偏二甲肼介质阻挡放电-发射光谱测定偏二甲肼引言：偏二甲肼是一种重要的有机氮化合物，广泛用于冶金、化工等工业生产中作为还原剂、发泡剂等。
但由于其具有高度活性和易燃性等特点，使得在生产和储存过程中很容易发生火灾和爆炸事故。
因此，准确测定偏二甲肼的浓度和纯度对于确保生产过程的安全和稳定具有重要意义。
一种常用的测定偏二甲肼浓度和纯度的方法是介质阻挡放电-发射光谱测定法（DBD-OES）。
介质阻挡放电是一种通过交变电场和局部放电的方式来激发气体中的化学物质产生辐射，进而分析其组成和浓度的方法。
本文将详细介绍DBD-OES的原理、实验步骤和应用。
一、原理介质阻挡放电-发射光谱测定法基于放电现象的原理进行分析，通过使用高频交流电场在介质隔板中产生局部放电，激发偏二甲肼等化学物质中的原子和分子产生辐射光。
由于不同化学元素和分子的辐射光谱有特定的频率和强度，在接收到辐射光后，可以通过测量其光谱特性来确定偏二甲肼的浓度和纯度。
二、实验步骤1. 实验设备准备：DBD-OES测定系统包括高频电源、石英管、光学系统等。
首先，确保各设备工作正常，石英管清洁无污染。
2. 样品制备：取一定量的偏二甲肼样品，将其稀释到适当浓度，以便后续分析。
3. 实验条件设定：根据实际需求，调整高频电源的频率和功率，以及介质隔板和电极之间的间距，以达到最佳放电条件。
4. 实验操作：将调节好的样品注入石英管中，并连接到测定系统中。
通过高频电源产生交流电场，并在介质隔板上产生局部放电。
在放电过程中，收集产生的辐射光，并通过光学系统将光信号传至光谱仪进行分析。
5. 光谱数据分析：将得到的光谱数据进行整理和分析，通过对不同化学元素和分子特征峰的测量，确定偏二甲肼的浓度和纯度。
三、应用DBD-OES测定法在工业生产中广泛应用于偏二甲肼浓度和纯度的分析。
优点包括不需要样品前处理、分析时间短、操作简便等。
通过测定偏二甲肼的浓度，可以及时发现生产过程中可能存在的异常情况，以避免火灾和爆炸事故的发生。
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（5）正负半周的微 放电不是对称的。
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微放电的时间特性; (1)持续时间很短，
ns级。与气体种 类有关 (2)电流脉冲的幅度 也是不同的。 (3)脉冲的上升和下 降行为不同。也 与气体种类有关
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空气中微放电在介质表面斑点的照片
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7
介质阻挡放电的机制
• 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。
Q(t0 t2 ) 2Cd (Vp Vb )
引入放电间隙内的平均电流强度
I
Q(t0 t2 ) T /2
4Cd (Vp T
Vb )
4
fCd (Vp
Vb )
放电间隙内的平均位移电流强度
I0
Q(t0 t1) T /2
4CgVb T
4 fC gV
P 4 f [Cd (Vp Vb ) CgV b]Vb (UISTCIA0B)CVDbLab
低,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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1
等离子体的分类
• 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，
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介质阻挡放电的电极结构
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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US。TC ABCD Lab
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V 2Vd Vg
i id ig
id
Cd
dVd dt
ig
Cg
dVg dt
ic (t)
V Vg 2Vd
id
Cd
dVd dt
Cd
d (V Vg ) 2dt
Cg
dVg dt
i(t) Cd
dV 2dt
Cd dVg 2 dt
放电电压就是放电击穿过程中，气体间隙上的电压。
未击穿时，气体间隙上的电压正比于外加电压而变化。击 穿之后，由于介质表面的充电效应，使得气体间隙的电压 变化减小。
当放电间隙上的电压V g<Vb,不发生放电现象。
Vg
dlg lg d 2ld g
V
当放电间隙上的电压V g=Vb, 发生放电现象，有微放电电 流。如果放电电流够大，放电一直持续到达到外加电压峰 值，在整个放电过程中，Vg基本保持不变。
考虑到串联电容电路的特点
Cd Cg Cd
Vb
V*
(1 )Vb
V*是放电开始时刻的外加电压值，是电容比
P
4
f Cd
1
1
(Vp
V
* )V
*
放电功率的分析： 1，放电位型确定，功率与频率乘正比，与放电面积成正比 2，击穿电压和峰值电压是决定放电功率的主要因素
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为什么出现介质阻挡放电形式？
（1）高气压下，击穿通道很集中，局部密度很高，产 生不稳定（重复性不高，发生位置不稳定）和空间不 均匀。 （2）抑制流光放电的途径：截断流光通道 （3）电极因素很重要，电极发热消耗功率很大。 （4）高频条件下，击穿条件温和。 （5）介质层的分割，可以实现不同气体的同时放电。 （6）极端不平衡放电：脉冲放电特性所决定。
Cd
dV 2dt
i(t)
Vg (t)
Cd 2Cg Cd
t t0
dV (t) dt
dt
t
t0
Cg
i(t) Cd
/
dt 2
Vb
t=t0时，Vg=Vb
V
(t0 )
dlg 2ld lgd
g
Vb
Vg (t)
Cd 2Cg Cd
(V
t
V (t0 ))
t0
Cg
Cd
dV 2dt
i(t)
这便是放电过程中气体间隙上的电压变化
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如果 dVg 0 dt
那么
(Cg
Cd ) dVg 2 dt
Cd
dV 2dt
i(t) 0
Cd
dV 2dt
i(t)
放电电流几乎等于介质层的充电电流
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(Cg
Cd ) dVg 2 dt
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介质阻挡放电的机制
• 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。
• 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。
上述分析是在比较简单情况下进行的，如果放电击穿阶段，气体间隙电 压也是变化的，那么怎么处理呢？一个周期内的放电做功如下：
T
W VgdQ
0
如果能够得到放电气体间隙上的电压与放电量的关系曲线， 那么一个周期内的放电做功就是这条曲线围成的面积。 这条曲线就是介质阻挡放电的李撒如图形
其实测量放电间隙电压和放电电量，是不容易的。可以测量放电外加电 压与回路电荷量的关系，即总放电李撒如图形。这个李撒如图形的面积 与前述李撒如图形的面积应该是相同的
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介质阻挡放电的宏观特点：
(1)放电是交流放电，没有直流导电通道
(2)放电形态是分布于放电空间内，不会局域于某个 放电通道上，形成类似于辉光的状态。弥漫、稳定、 无声。早期称为无声放电
(3)放电分布于介质外围的放电空间内。
(4)很大的气压范围内都可以发生。辉光放电只是在 低气压下发生，高气压下是火花、电晕或电弧状态
例子：空气中，ld=0.3cm, lg=0.4cm, 施加的电压为25kV, 介电系数分别为1和4
Ed
V g lg d 2ld g
Eg
V d lg d 2ld g
Ed 11.4kV / cm Eg 45.4kV / cm Ec 30kV / cm
E 25kV / cm Eg Ec E
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介质阻挡放电空间的电场分布
如图所示的放电位型，两层介质和一层气体间隙， 介质层厚度为ld, 气体间隙为lg 采用平行板电场近似，介质内和气体隙内的电感应 强度是连续的
Dd d Ed Dg g Eg USTC ABCD Lab
如果施加的电压为V
V 2ld Ed lg Eg
Q(t0 t1) 2CgVb
半个周期内，放电击穿传导的电量为
Q(t1 t2 ) Q(t0 t2 ) Q(t0 t1) 2Cd (Vp Vb ) 2CgV b
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半个周期内，放电电场所做的功为
W VbQ(t1 t2 ) 2[Cd (Vp Vb ) CgV b]Vb
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。 2
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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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等离子体的分类
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
3
介质阻挡放电
• 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 104Pa- 105Pa或更高。
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T
T
W V (t)i(t)dt (Vd Vg )i(t)dt
0
0
T
T
Vdid dt Vgig (t)dt
0
0
T
0 Vg (Cg
0
dVg dt
图现象 (4) 微放电的尺寸为0.1mm以下，电流密度很大100-