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介質阻擋放電(DielectricBarrierDischarge)是指兩個電極被絕緣介質分開的高壓放電現象。絕緣介質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。當施加交流電壓時,該結構產生電流。最早的DBD實驗可以追溯到1857年,當時西門子通過兩個同軸玻璃管之間的狹窄環形間隙引入氧氣或空氣,并施加足夠強的交流電場,觸發介質阻擋放電,將氧氣轉化為臭氧。與火花放電相比,DBD產生的噪聲更小,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屏障,使其結構類似于電容器。因此,為實現放電,需要在電極兩側施加交流電,而直流電則無法實現此目的。此外,為確保氣體擊穿現象的發生,必須保證電場強度達到足夠高的水平。介質阻擋放電的典型形式主要有三種,如圖1-1所示:(a):僅有一側電極被介質覆蓋;(b):兩側電極均被絕緣介質所遮蔽;(c):介質被置于兩電極之間。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,可以在室溫下運行,不需要高溫條件,因此可以在廣泛的應用中使用,包括材料表面處理、環境凈化等領域。同樣可以在較低的電壓和頻率下產生穩定的等離子體,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,不易引起火災或其他安全問題。可以產生均勻的等離子體,實現對大面積材料的均勻處理,適用于表面修飾和功能化等應用。在處理過程中不會產生有害氣體或化學物質,對環境友好,可以用于空氣凈化、水處理等環保領域。參數可以進行精確控制,如電壓、頻率、氣體流量等,可以根據不同應用需求進行調整,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、環保和可控等特點,適用于廣泛的應用領域,并在材料表面處理、環境凈化、生物醫學等領域展現出巨大的潛力和應用前景。