介质阻挡放电DBD-PPT课件
ABB介质阻挡放电原理和应用
Abstract: Dielectric-barrier discharges (silent discharges) are non-equilibrium discharges that can be conveniently operated over a wide temperature and pressure range. At about atmospheric pressure electrical breakdown occurs in many independent thin current filaments. These short-lived microdischarges have properties of transient high pressure glow discharges with electron energies ideally suited for exciting or dissociating background gas atoms and molecules. The traditional application for large-scale ozone generation is discussed together with novel applications in excimer UV lamps, high power CO, lasers and plasma display panels. Additional applications for surface treatment and pollution control are rapidly emerging technologies. Recent results on greenhouse gas recycling and utilisation in dielectric-barrier discharges are also discussed.
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
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。
dbd介质电阻放电臭氧
DBD介质电阻放电臭氧1. 引言DBD（Dielectric Barrier Discharge）介质电阻放电是一种重要的非热等离子体发生方式，其在气体中产生的臭氧具有广泛的应用。
本文将详细介绍DBD介质电阻放电及其与臭氧产生之间的关系。
2. DBD介质电阻放电原理DBD介质电阻放电是指在两个不同的金属板之间，通过一个绝缘层（即介质）形成的等离子体放电现象。
当施加高压交流电源时，金属板上会形成正、负极性区域，并在介质中形成一个等离子体通道。
当交流周期改变时，等离子体通道会在金属板上来回移动，这种移动过程被称为“微波运动”。
微波运动导致了局部高强度场和高频场的产生，从而激发了大量自由基和激发态粒子。
3. DBD介质电阻放电臭氧生成机制DBD介质电阻放电臭氧生成主要通过以下几个步骤：3.1 氮氧化物的生成在DBD介质电阻放电过程中，氮气和氧气会发生反应，生成一系列的氮氧化物。
这些氮氧化物包括一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）等。
3.2 臭氧的产生通过反应生成的一氧化氮和二氧化氮会进一步参与臭氧的产生。
臭氧（O3）是由三个原子的氧分子组成，它在大多数情况下存在于地球大气层中，但也可以通过DBD 介质电阻放电产生。
3.3 臭氧浓度的调节DBD介质电阻放电过程中，臭氧浓度可以通过调节放电参数来控制。
例如，调节施加高压交流电源的频率、幅值和波形等参数可以实现对臭氧浓度的调节。
4. DBD介质电阻放电臭氧应用DBD介质电阻放电臭氧具有广泛的应用领域：4.1 空气净化由于臭氧具有较强的杀菌、消毒和除臭作用，因此可以用于空调、净化器等设备中进行空间净化，去除空气中的有害物质和异味。
4.2 水处理臭氧可以应用于水处理过程中，用于杀灭水中的细菌、病毒和其他微生物。
此外，臭氧也可以去除水中的有机污染物和异味。
4.3 医疗领域臭氧在医疗领域有广泛的应用，例如治疗慢性伤口、湿疹和其他皮肤问题。
臭氧还可用于灭菌设备、医疗器械清洁等方面。
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。
dbd介质阻挡放电特点
dbd介质阻挡放电特点
DBD（Dielectric Barrier Discharge，介质阻挡放电）是一种在两个电极之间的介质中发生的非平衡等离子体放电现象。
以下是DBD放电的特点：
1. 高压激励：DBD放电通常需要较高的电压才能启动，一般在几千伏至数十千伏的范围内。
2. 非热等离子体：DBD放电产生的等离子体温度相对较低，通常在室温附近，因此被称为非热等离子体。
这使得DBD放电可以应用于对敏感材料和生物组织的处理。
3. 空气介质：DBD放电最常用的介质是空气，但也可以使用其他气体或液体作为介质。
空气介质具有广泛的应用领域，如空气净化、杀菌消毒等。
4. 低电流：DBD放电时，电流通常较低，一般在微安至毫安的范围内。
这种低电流特性使得DBD放电具有较低的能耗。
5. 非连续放电：DBD放电是一种非连续的放电形式，即电流在周期性的激励下产生脉冲放电。
这种脉冲放电特性使得DBD放电可以用于一些需要脉冲能量输入的应用。
6. 电晕放电：DBD放电属于电晕放电的一种形式，即通过介质中的电晕区域进行电荷传输和等离子体产生。
这种电晕放电特点使得DBD放电具有较高的电荷密度和较强的局部化效应。
综上所述，DBD放电具有高压激励、非热等离子体、空气介质、低电流、非连续放电和电晕放电等特点。
这些特点使得DBD放电在许多领域有着广泛的应用潜力。
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（6）极端不平衡放电：脉冲放电特性所决定。
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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
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如果施加的电压为V
V 2ld Ed lg Eg
Ed V g l g d 源自ld g1111
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介质阻挡放电的条件：
(1) 交流电压产生交流电场，50Hz—1MHz
(2) 气压范围宽阔0.1atm-10atm. (3) 放电间隙通常不大，看似仍然服从帕邢定律
介质阻挡放电的形态：
(1) 虽然宏观看似均匀，实际上是大量微小的流光放电状态。 (2) 微小放电是脉冲的，持续时间为10ns一下。认定为流光. (3) 微放电脉冲在空间是均匀分布的，有时出现规则分布，斑 图现象 (4) 微放电的尺寸为0.1mm以下，电流密度很大1001000A/cm2, 这也是判定为流光放电的依据之一。 USTC ABCD Lab 12 (5) 微放电在电极表面扩展为几个mm的表面放电。
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103~105 K，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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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。
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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。 USTC ABCD Lab
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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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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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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
(5)介质的存在阻断了击穿通道（流光击穿通道）的 形成，不能形成火花或者电弧。
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介质阻挡放电的应用
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。广泛应用于臭氧发生和DBD等离子体 材料表面改性等方面。
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
• 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， 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 USTC ABCD Lab 2 等离子体。
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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。
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空气中微放电在介质表面斑点的照片
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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。
微放电的伏安特性 （1）微放电电流表 现为大量电流脉冲 （2）正负放电半周 内均出现放电。 （3）存在击穿阈值 （4）通常情况下， 电流脉冲的出现不是 均匀的，电流大小也 是随机的 （5）正负半周的微 放电不是对称的。 USTC ABCD Lab
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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