一.课题研究背景及意义

1 低温等离子体

等离子体^[1]主要由电子、离子、原子、分子、活性自由基等组成，整体呈电中性，它广泛存在于宇宙中,占宇宙空间可见物质总量的99%，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。

根据热力学平衡状态，等离子体可以分为热力学平衡状态的高温等离子体、局部热力学平衡状态的热等离子体、非热力学平衡状态的低温等离子体。

低温等离子体是近几年来兴起的研究领域，它在维持自身接近室温的条件下，保持较高的化学活性，可以发生正常条件下难以进行的化学反应；目前产生低温等离子体的主要方式是气体放电，其具有启动速度快、化学活性可控和反应成本较低的优势，因此低温等离子体在生物医学、环境保护、新能源制备、材料表面改性和薄膜沉积^[2]等领域的特性研究和应用得到了广泛的关注。

2 低温等离子体产生方式

常用于产生低温等离子体的气体放电形式包括弧光放电、电晕放电、火花放电、介质阻挡放电 (Dielectric Barrier Discharge, DBD)、大气压等离子体射流等形式^[3]，多样化的放电形式提高了低温等离子体与各个应用领域契合程度。研究人员可以根据不同的处理需求采用不同放电形式，结合实际放电效果优化反应器结构和运行参数^[4]，以提高处理效果。

弧光放电是指呈现弧状白光并产生高温的气体放电现象，它需要很低的气压环境。电晕放电是指气体介质在不均匀电场中的局部自持放电，它利用非对称电极可在常压下放电产生低温等离子体，但难以获得大体积的等离子体。介质阻挡放电是在两块金属电极之间插入绝缘介质的放电方式，简称DBD，阻挡介质的插入可以阻挡放电通道发展成电弧，相比于其它放电形式，介质阻挡放电可以大规模均匀地产生低温等离子体。大气压低温等离子体射流基本放电形式是介质阻挡放电，同时因为有快速气流吹动，气流的存在可以进一步抑制放电过程中可能产生的放电通道过于集中的问题，有利于产生一种稳定而均匀的放电形式。

火花放电是通过在尖端结构的电极上施加逐渐增加的电压，使电极间隙的空气或者气体分子发生碰撞产生强烈的电离，在两个电极之间形成明亮的丝状通道，出现闪光，并伴随发出爆裂声。常见的火花放电电极结构总的可以分为三种类型^[5]：针-针电极结构﹑针-板电极结构﹑针-孔电极结构(图1)。相对于其他产生低温等离子体的方式，火花放电等离子体具有产生效率高、活性粒子含量高、可操作性强和成本适中的优点，提高火花放电装置的可移动性可以满足户外伤口处理的需求。