5.2　介质阻挡放电原理

DBD产生于两个电极之间，其中至少一个电极上面要覆盖有一层电介质。在常温常压下，当加在电极两端的电压达到一定强度时，阴极附近会产生自由电子，在电场的作用下向阳极运动，运动的过程中不断地和其他气体发生弹性碰撞，引起电子雪崩。电子凭借较高的速度穿过放电间隙进入阳极，而正离子仍滞留在雪崩头的后部，产生本征电场。本征电场和外部电场相叠加进一步地加快了高能电子的速度，引起击穿通道向阳极传播，当部分高速的空间电荷场到达阳极，会向阴极的方向返回一个更强的电场波，使气体击穿形成放电通道。之后电子和离子在放电间隙中运动，并积累在介质上，形成一个与外部电场方向相反的电场，从而削弱外部电场，直至放电熄灭。在介质阻挡放电发生过程中，介质起到了储能的作用，它能保持放电状态的稳定，并限制带电粒子的运动，防止局部火花以及弧光的产生。DBD放电物理过程可简单分为3个过程：a.放电的形成—放电的击穿；b.放电击穿后，气体间隙的电流脉冲或电荷的传递；c.在微放电通道中原子、分子的激发和反应动力学的启动，即自由基、准分子等的形成。

经过放电之后，DBD等离子体内存在有大量的高能电子、自由基、离解原子及激发态分子等活性粒子，具有较强的反应活性，使得VOCs得到净化。DBD降解VOCs的过程有以下2个方面：a.有机分子受到高能电子的碰撞激发或解离形成相应的基团或短碳链的自由基碎片；b. DBD内·O、·OH等自由基与分子或基团及短碳链的自由基碎片发生一系列的反应，最终将其彻底氧化生成CO2、CO和H2O。VOCs分子的激发、解离取决于自由电子的能量及分子的化学结构，即分子内化学键的键能大小。

DBD可以在0.1×105～10×105Pa的气压下进行，主要特征是：整个放电由许多在空间和时间上随机分布的微放电构成，这些微放电的持续时间很短，一般在10ns量级。介质层对此类放电有两个主要的作用：一是限制微放电中带电粒子的运动，使微放电成为一个个短促的脉冲；二是让微放电均匀稳定地分布在整个面状电极之间，防止火花放电。双介质层的阻挡放电由于电极不直接与放电气体发生接触，从而避免了电极因参与反应而发生的腐蚀问题。又因为其具有电子密度高和可在常压下运行的特点，DBD具有大规模工业应用的可能性。