1、 课题背景

1.1 介质阻挡放电简介

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(Dielectric Barrier Discharge)。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，在工业中有着广泛的应用。虽然人们对DBD的研究已经有100多年的历史,仍然有一些问题没有解决。因此,DBD至今还是气体放电领域的研究热点。

介质阻挡放电大规模地产生低温等离子体（又称为非平衡态低温等离子体），广泛运用于电子外科、牙科学^[7]、皮肤医学^{[7][12][15][17]}、杀菌消毒^[18]、伤口愈合^[7][18]、材料表面改性^[9]等领域。在放电的过程中，高能电子与氛围气体的碰撞可以产生许多高能粒子，而气体本身可以维持低温状态，这些特性使得低温等离子体在医学和材料处理领域拥有广泛的运用前景。低温等离子体不会灼伤有机体的组织结构，碰撞产生的大量的活性粒子电子、正负离子、紫外线和许多中性活性物质可以产生比化学试剂更加高效的反应^{[7] [11][19]}。低温等离子体应用的另一大优势是处理成本低、处理后的残留物较少，因此低温等离子体已经发展成为有前景和希望的一门科学技术，如何高效低能耗地产生低温等离子体是等离子应用技术的主要研究方向。

1.2 介质阻挡放电的电极分类

介质阻挡放电等离子体源的设计包括驱动电源的设计和反应器的设计，常见的驱动电源包括工频电源、高频电源、脉冲电源和射频电源。但是，电极结构和阻挡介质等因素对DBD的放电模式的影响较大,选择合适的电极结构和电介质材料对空气中均匀DBD的产生极为重要。研究者不仅试验了简单的平板电极、圆筒电极来产生空气中均匀DBD（如图1.1所示），还尝试了新颖的网状电极、空心电极以及液体电极等。对阻挡材料来说,研究者不仅采用了石英玻璃和陶瓷,还尝试采用云母、PTFE、氧化锌薄膜等。研究发现,这些新颖的电极结构和阻挡介质不仅可以降低放电空间的击穿场强,而且有利于空气中均匀DBD的产生。

图1.1 DBD主要电极结构：板状和同轴

无论是哪种结构，传统的DBD结构都有一个缺陷，双电极结构的放电中，狭窄的气体间隙（最多2cm）限制了待处理物体的尺寸。若将勉强满足尺寸的待处理物放进间隙中，这需要在每次处理前调整电极的结构，不利于大规模的连续生产，并且处理物体的放入会影响放电的功率和效率。因此需要设计一种新颖的电极结构来扩大DBD放电的应用范围。

2、问题和方案