论文总字数：24069字

摘 要

大气压介质阻挡放电（DBD）是大气压下放电的一种常见方式，其通过在电极附近覆盖或在电极之间插入绝缘介质，抑制电弧击穿，在空间形成稳定放电等离子体。DBD具有结构简单、能量适中、可在大气压下运行等优点，适合在工业上大规模应用，已经广泛地应用在废气处理、材料表面改性、医疗灭菌和臭氧生成等领域。在DBD反应器中，介质材料是其重要组成部分。介质材料不同时，其具有不同的相对介电常数，导致不同的介质层和反应器的等效电容，在放电中会影响DBD反应器放电特性和实际应用效果。为了深入地研究阻挡介质材料对于DBD放电特性的影响，便于实际应用中选择不同阻挡介质材料，有必要对不同介质材料下DBD放电特性做系统比较研究。

本文旨在介质材料类型对DBD放电特性的影响，首先建立了大气压DBD反应器，利用纳秒脉冲电源作为反应器的驱动电源，分别采用1mm厚40×40mm大小的石英玻璃、聚四氟乙烯（PTFE）、氧化铝陶瓷作为阻挡介质，通过电压电流波形测量和光谱分析等手段研究诊断所选取的不同介质材料条件下的纳秒脉冲DBD的放电特性，并对不同条件下的放电功率、活性粒子发光强度、能量效率等关键指标进行研究和比较，并结合实验结果给出理论分析。

实验结果表明：介质材料的相对介电常数越大，对应的平板DBD的起始击穿电压越低。介质材料的相对介电常数越大，放电强度和功率也越大，其中石英玻璃放电能够在更大的电压范围内实现均匀放电。在相同电压下，相比其他介质材料，石英玻璃作为介质材料的纳秒脉冲DBD反应器气隙平均放电功率最大且能量效率最高。本研究结果为优化纳秒脉冲电源驱动DBD反应器设计和介质材料选择提供了重要实验参考依据，有助于延长反应器寿命、提高反应器能量效率及应用效果。

关键词：介质阻挡放电 纳秒脉冲 大气压空气

Study on dielectric barrier discharge characteristics of different dielectric materials excited by nanosecond pulse power supply

Abstract

In order to further study the influence of barrier dielectric materials on dielectric barrier discharge (DBD) and facilitate the selection of different barrier dielectric materials, this paper changes the barrier dielectric and performs DBD discharge parameter analysis on different media, and studies different barrier media for DBD discharge parameters. influences. Experiments using the same specifications of quartz glass, PTFE, and alumina ceramics as barrier media, nanosecond pulsed power supply as the excitation power source, and unipolar dielectric barrier discharge in atmospheric air. A nanosecond pulsed DBD experimental setup and diagnostic system were established. The discharge characteristics of nanosecond pulsed DBD under different dielectric materials were studied by means of voltage and current waveform measurements, luminescent image capture and spectroscopic analysis, and the influencing factors were studied. , Study and compare the discharge characteristics and main variation rules under different conditions. In the experiment, the electrical characteristics of the U-I waveforms discharged from the DBD were analyzed, and the optical characteristics were analyzed using the spectrum measurement and luminescence images. The influence of three different dielectric materials on the discharge was studied. Experiments show that the choice of the barrier medium has a great influence on the discharge of DBD. The analysis shows that the dielectric constant, withstand voltage parameters, thermal conductivity and surface flatness of the material have great influence on the discharge. Quartz glass is resistant to high temperatures and is easily discharged. Alumina ceramics have large discharge power, and are easily damaged by overheating. PTFE has a high discharge voltage and is easily broken down. Experiments show that the choice of the barrier medium has a great influence on the discharge of DBD. The analysis shows that the dielectric constant, withstand voltage parameters, thermal conductivity and surface flatness of the material have great influence on the discharge.

Key words:Dielectric barrier; discharge nanosecond pulse; atmospheric pressure air

目 录

摘 要 I

第一章 绪 论 1

1.1 大气压低温等离子体 1

1.2 纳秒脉冲DBD产生机制 2

1.3 脉冲DBD的应用 3

1.4 国内外研究现状 4

1.5 本文主要研究内容 7

第二章 实验装置及测量系统 8

2.1 实验装置及测量系统 8

2.2电气分析方法 9

2.3光谱特性分析 9

2.4 DBD放电参量计算 9

第三章 陶瓷材料放电特性研究 13

3.1 放电演变规律 13

3.2 光谱特性 18

3.3 本章小结 19

第四章 聚四氟材料放电特性研究 20

4.1 放电演变规律 20

4.2 光谱特性 23

4.3 本章小结 24

第五章 石英玻璃材料放电特性研究 25

5.1 放电演变规律 25

5.2 光谱特性 28

5.3 三种介质材料DBD放电特性比较 29

5.4 本章小结 31

第六章 结论 32

参考文献 33

致 谢 35

第一章 绪 论

1.1 大气压低温等离子体

在我们的日常生活中，物质通常存在的状态以气体、固体、液体这三种状态为主，而种物质的分子间力与不规则的运动之间的相互作用决定了它处于哪一种状态。大家也认为当压强不变的时候，升高温度可以让一种固体发生液化，从而化成液体。随着温度的继续上升，液体又将会发生汽化，转变成气体。当温度仍旧持续增加的时候，将使得其内分子得到很充足的能量，此时，分子将会分解成为原子态，这些原子又可以在自由的在空间中各向运动，并且随机的发生一系列碰撞反应。当在这种情况下还继续增加温度时，原子又将会发生分解反应，变成正离子、电子，也就是所谓的带电自由粒子。由于这两种粒子数量大概是相同的，因此我们认为该物体此时正处于等离子体状态，并且发生了放电。其实在于我们的生活活动中，等离子体的存在非常广泛，例如灼热明亮的火焰、绚烂缤纷的闪电、以及五光十色的极光等等。它也被大家看作物质存在的第四种状态^[1]。

这是气体的电离过程，我们就必须提到电子崩的概念^[1]。电子崩是指电子的个数像雪崩一样按照几何级数的增长，数量不断庞大的过程。电子崩首先是在极板的阴极存在一个自由电子，这个自由的电子的来源外电离因素，必须要存在这样的一个电子 。这个电子在强大电场的作用下，向阳极板加速运动，加速过程中它的动能不断增大，与分子发生碰撞，发生了碰撞电离，出现一个新的电子。此时最开始的电子加上碰撞电离产生的电子同时向阳极加速运动，进而发生第二次碰撞电离^[2]；接着会有四个电子一起向阳极加速运动，再发生碰撞电离，如此下去，电子数按照几何级数不断增长，像雪崩式的发展，所以叫电子崩，如图1-1所示。

请支付后下载全文，论文总字数：24069字