介质阻挡放电(DielectricBarrierDischarge)是指两个电极被绝缘介质分开的高压放电现象。绝缘介质通常覆盖在电极上方,也可以以特殊形式悬浮在放电空间中。当施加交流电压时,该结构产生电流。最早的DBD实验可以追溯到1857年,当时西门子通过两个同轴玻璃管之间的狭窄环形间隙引入氧气或空气,并施加足够强的交流电场,触发介质阻挡放电,将氧气转化为臭氧。与火花放电相比,DBD产生的噪声更小,因此也被称为静音放电、臭氧放电或者部分放电。由于DBD存在至少存在一个绝缘的电介质屏障,使其结构类似于电容器。因此,为实现放电,需要在电极两侧施加交流电,而直流电则无法实现此目的。此外,为确保气体击穿现象的发生,必须保证电场强度达到足够高的水平。介质阻挡放电的典型形式主要有三种,如图1-1所示:(a):仅有一侧电极被介质覆盖;(b):两侧电极均被绝缘介质所遮蔽;(c):介质被置于两电极之间。一般选用玻璃或硅石玻璃作为介电阻挡绝缘层的材料,也可根据具体情况选用陶瓷、薄搪瓷或聚合物层。

图1 不同类型的DBD等离子体装置 

DBD大气低温等离子体是一种非热等离子体,可以在室温下运行,不需要高温条件,因此可以在广泛的应用中使用,包括材料表面处理、环境净化等领域。同样可以在较低的电压和频率下产生稳定的等离子体,具有较高的能量效率。由于DBD等离子体在低温下运行,因此相对于其他高温等离子体,其安全性更高,不易引起火灾或其他安全问题。可以产生均匀的等离子体,实现对大面积材料的均匀处理,适用于表面修饰和功能化等应用。在处理过程中不会产生有害气体或化学物质,对环境友好,可以用于空气净化、水处理等环保领域。参数可以进行精确控制,如电压、频率、气体流量等,可以根据不同应用需求进行调整,具有较高的可控性。

总的来说,DBD等离子体具有低温、高效能、安全、均匀、环保和可控等特点,适用于广泛的应用领域,并在材料表面处理、环境净化、生物医学等领域展现出巨大的潜力和应用前景。