文 献 综 述

一、概述

介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge，DBD)又称无声放电，是一种有绝缘介质插入放电空间的气体放电形式^[1]。该放电能够在大气压下或高于大气压下产生大体积、高能量密度的低温等离子体，且工作适用气压范围宽、等离子体处理区域大、能量适中、活性自由基密度高、操作简单，因此在臭氧合成、环境保护、工业废弃处理、材料表面改性等工业领域具有广阔的应用前景。如何通过选择合适的放电条件，以提高放电的效率，是目前工业研究中普遍关心的问题，因此必须探究影响介质阻挡放电的因素。影响介质阻挡放电的因素有很多，如阻挡介质材料的性质、气隙距离、放电气体类型和流量、外加电压幅值和频率等^[2]。本文研究的是在高频电压激励下外加电压幅值、阻挡介质材料性质等因素对介质阻挡放电的影响，通过选取介电常数不同的几种材料作为介质阻挡层进行放电实验，对它们的放电特性进行研究，给出实验结果并加以分析。

在高频电压激励下选取不同的介质材料（石英玻璃、陶瓷、聚四氟等），通过介质阻挡放电实验，研究它们的放电特性和不同电压幅值、重复频率等对放电特性的影响。实验结果表明：选取不同的阻挡层介质材料对介质阻挡放电的特性有着较大的影响，即选用介电常数较大的、厚度较薄的材料可以产生强烈的放电。

二、国内外研究现状

随着电力电子技术、控制技术和材料技术等的发展，DBD电源由低频化向高频化发展。通常，DBD由工频或高频电压交流电源激发。对于激励电源，最常见且经济的是采用工频电源。DBD电源最先主要用工频电源供电，将电网电压升高到数千伏至几万伏，直接加到发生器，电压和功率的调节靠着自耦变压器实现^[3]。由于使用工频变压器，电路简单，但体积大、效率低，且工频电源的周期较长，用其激励的DBD每半个周期放电的时间间隔较长，导致单位时间内用于激励放电的平均能量较低^[4-6]。

后来随着半导体器件的发展，新型的DBD电源开始使用MOSFET、IGBT等新型高频大功率开关器件组成逆变器，高频变压器采用新型磁性材料和结构，频率能够在1 kHz-100 kHz调节。所以，高频电源激励的DBD放电间隔时间短。具有更高的放电功率和放电效率，且放电持续时间长，使得离子获得的能量较多。故本文采用高频电源激励下进行介质阻挡放电实验。

近年来，国内外许多研究小组就等离子体流动控制开展了大量研究，对包括电晕放电、介质阻挡放电、等离子体合成射流等多种激励形式的放电特性、实验、仿真及其在等离子体流动控制中的应用进展情况进行了综述^[7-16]。

国外的介质阻挡放电的研究取得了巨大成果。Park S L等利用常规平板电极和电介质屏障臭氧发生器的替代方案，提出了具有薄且锋利的边缘和气隙的网状电极，发现网状电极可以提高产生臭氧的水平^[17]。Pipa A V等验证了脉冲激发下DBD反应器C₁测定的实验方法，证明了DBD电抗器的两个关键电容值（C_细胞和C₁）可以通过电流和电压波形实验确定，该发现有助于改善DBD反应器的电特性一级工业设备^[18]。俄罗斯的Golubovskii的研究小组选取氧化铝、玻璃、聚四氟乙烯、硅橡胶、聚酯薄膜、树脂玻璃等进行实验，能够得到均匀放电的气体间隙越长，或者能够得到均匀放电的电压范围越大，则认为介质阻挡材料越利于产生均匀放电。根据实验结果，他们认为随着介电常数的减少，由于小面积的表面电荷引起电场的降低，更利于稳定的汤森放电的形成^[19]。

国内在对介质阻挡放电的研究上也有所进步。例如，罗毅、方志、邱毓昌教授研究了材料性质对介质阻挡放电特性的影响，研究结果表明：对不同材料而言，保持气体间隙和外加电压不变时，放电强度随介电常数的增大而增大；对于相同材料，当外加电压不变时，放电强度随其厚度的增加而减小。因此为了获得较强烈的介质阻挡放电，应选用介电常数较大且较薄的材料^[20]。陶绍、马皓等在大气压下通过分析传导电流，研究了大气中点平面间隙内重复这N纳秒脉冲放电的特点：PRF较高，相应的传导电流为单极性；扩散放电受到PRF和间隙的影响；PRF影响放电强度^[21]。王辉、方志、邱毓昌教授研究了多针-平板电极介质阻挡放电，发现其在相同条件下具有起始放电电压低、放电功率大、放电空间内更难出现细丝的特点。因此，用它对聚四氟乙烯进行表面改性，能在较短的时间内达到更好的效果^[22]。