大气压气体放电及其等离子体应用(精)

大气压气体放电及等离子体技术和应用方面的研究受到国内外广泛关注。从2010-2012年中国科学院电工研究所连续组织研讨了大气压放电等离子体及应用的学术研讨会，其中2012年由中国科协主办，中国电工技术学会承办的以"大气压放电等离子体关键技术与应用前景"为主题的中国科协第66期新观点新学说学术沙龙在中国科学院电工研究所举行。因此，2013年，在多位领域专家的建议和支持下，中国科学院电工研究所组织国内同行编写了《大气压气体放电及其等离子体应用》。

目录

序一

序二

前言

**篇放电及等离子体基础

第1章等离子体基础和气体放电理论(欧阳吉庭)3

1.1引言3

1.2等离子体的一般性质4

1.2.1离子密度和电离度4

1.2.2电子温度和离子温度5

1.2.3等离子体的准电中性5

1.2.4等离子体鞘8

1.2.5放电等离子体中的基本过程9

1.2.6带电粒子的迁移和扩散11

1.3气体放电理论14

1.3.1汤生放电理论15

1.3.2流注放电理论19

1.3.3汤生放电与流注击穿之间的过渡26

1.4大气压放电等离子体27

1.5小结29

参考文献30

第2章大气压射频气体放电数值模拟（张远涛）31

2.1引言31

2.2常用理论与算法34

2.2.1描述大气压容性射频放电的基本方程34

2.2.2以电流为输入参数的流体模型38

2.2.3以电压为输入参数的流体模型40

2.2.4以功率为输入参数的流体模型42

2.2.5粒子种类与反应集合的选择43

2.3放电物理特性的数值模拟45

2.3.1放电模式及其转化45

2.3.2频率效应与尺度效应49

2.3.3射频微等离子体的结构51

2.3.4脉冲调制射频放电等离子体52

2.4放电化学活性的数值模拟56

2.4.1主要活性粒子的演化特性56

2.4.2活性粒子产生的频率与尺度效应60

2.4.3脉冲调制对活性粒子的影响62

2.5小结63

参考文献64

第3章纳秒脉冲放电粒子模拟（李永东刘纯亮)68

3.1引言68

3.2粒子模拟技术70

3.2.1粒子模拟的基本原理70

3.2.2纳秒脉冲放电物理过程的建模方法77

3.3模拟计算与分析80

3.3.1流注放电产生逃逸电子的粒子模拟80

3.3.2纳秒脉冲电晕放电粒子模拟89

3.4小结95

参考文献96

第4章大气压介质阻挡放电中的分岔与混沌现象（戴栋)99

4.1引言99

4.2不对称周期一放电102

4.2.1实验装置与步骤104

4.2.2实验结果与分析105

4.3倍周期分岔及通往混沌路径112

4.4准周期态放电116

4.5李雅普诺夫指数计算及混沌现象的判定119

4.5.1李雅普诺夫指数120

4.5.2时间序列**李雅普诺夫指数的计算方法121

4.5.3小波分解122

4.5.4计算与分析123

4.6结论127

参考文献127

第5章脉冲放电等离子体发射光谱诊断（杨德正王文春）130

5.1引言130

5.2国内外研究现状132

5.3针板电极结构纳秒脉冲放电等离子体发射光谱诊断134

5.3.1光谱诊断实验装置134

5.3.2放电图像及发射光谱137

5.3.3电压极性和脉冲峰值对等离子体发射光谱的影响140

5.3.4电晕放电发射光谱强度空间分布141

5.4板板电极结构大气压DBD等离子体发射光谱诊断143

5.4.1正弦交流驱动下He均匀放电发射光谱143

5.4.2大气压空气纳秒脉冲放电等离子体发射光谱146

5.4.3添加Ar、He及O2对氮气放电发射光谱的影响147

5.5等离子体温度测量与诊断151

5.5.1振动温度与转动温度诊断原理151

5.5.2电极间隙、脉冲峰值电压和脉冲宽度对振动温度和转动温度的影响154

5.6小结157

参考文献158

第二篇放电及等离子体特性第6章大气压介质阻挡均匀放电（罗海云王新新)163

6.1DBD研究概况163

6.1.1引言163

6.1.2DBD的研究历史与现状165

6.1.3均匀放电的界定与必要条件169

6.2大气压惰性气体介质阻挡均匀放电特性172

6.2.1放电特性与放电属性172

6.2.2放电演化过程175

6.2.3放电光谱及彭宁电离181

6.3大气压氮气介质阻挡均匀放电184

6.3.1均匀放电的获得184

6.3.2放电属性186

6.3.3工作区间与击穿电压187

6.4大气压空气介质阻挡均匀放电188

6.4.1驻极体薄膜+丝网电极结构188

6.4.2使用陶瓷片作为介质材料192

6.5小结195

参考文献196

第7章大气压下纳秒脉冲弥散放电（章程邵涛严萍）200

7.1引言200

7.2国内外研究进展201

7.3纳秒脉冲弥散放电特性研究204

7.3.1纳秒脉冲气体放电特性204

7.3.2弥散放电影响因素分析207

7.3.3弥散放电的维持电压范围212

7.4纳秒脉冲弥散放电的电特性分析215

7.4.1传导电流的计算215

7.4.2传导电流影响因素分析219

7.5纳秒脉冲弥散放电的机理探索221

7.5.1弥散放电与逃逸电子221

7.5.2弥散放电与粒子密度224

7.5.3弥散放电形成机理226

7.6小结229

参考文献230

第8章表面介质阻挡放电流动控制（车学科聂万胜邵涛）234

8.1引言234

8.1.1技术原理234

8.1.2实验研究方法237

8.1.3数值模拟方法238

8.2表面介质阻挡放电流动控制机理242

8.2.1等离子体流动作用机理242

8.2.2等离子体体积力产生机理243

8.3临近空间纳秒脉冲放电等离子体248

8.3.1纳秒脉冲放电过程248

8.3.2高度对放电的影响251

8.4地面纳秒脉冲放电等离子体256

8.4.1施加电压、脉冲频率及电极参数对放电特性的影响256

8.4.2放电传输电荷及脉冲能量特性259

8.5地面亚微秒脉冲放电等离子体262

8.5.1诱导漩涡的产生过程262

8.5.2脉冲重复频率和数量对诱导漩涡的影响266

8.6小结268

参考文献269

第9章大气压冷等离子体射流（江南曹则贤)272

9.1引言272

9.2等离子体射流的基本特性276

9.2.1实验装置276

9.2.2氦气石英管共轴DBD的基本电特性277

9.2.3电晕放电等离子体射流280

9.2.4电荷溢流现象282

9.3等离子体子弹传输特性284

9.4等离子体气流相互作用289

9.5氦气与氩气冷等离子体射流的比较291

9.6彭宁效应在冷等离子体射流中的作用295

9.6.1实验296

9.6.2讨论299

9.7小结301

参考文献302

第10章等离子体高能合成射流（夏智勋罗振兵王林)306

10.1引言306

10.2设计思想308

10.3国内外研究进展310

10.4等离子体高能合成射流数值模拟312

10.4.1数值模拟方法313

10.4.2能量效率及工作特性316

10.4.3参数影响特性320

10.5等离子体高能合成射流实验323

10.5.1实验系统与方法323

10.5.2激励器放电特性325

10.5.3射流流场特性及参数影响规律327

10.6三电极等离子体高能合成射流激励器334

10.6.1激励器设计及工作过程334

10.6.2不同环境气压下放电特性336

10.6.3不同环境气压下流场特征338

10.7小结340

参考文献341

第11章射频介质阻挡放电与脉冲射频等离子体（刘大伟)345

11.1引言345

11.2国内外研究现状346

11.3射频绝缘介质阻挡放电348

11.3.1电子加热机制348

11.3.2γ模式下的扩散放电模式352

11.3.3电特性及动态过程356

11.3.4射频介质阻挡放电同金属电极放电对比360

11.3.5射频介质阻挡放电的模拟计算364

11.4脉冲射频等离子体368

11.4.1脉冲调制射频介质阻挡辉光放电模式368

11.4.2脉冲放电模式转变和脉冲射频容性耦合等离子体O(5P1)产生机制372

11.4.3脉冲射频等离子体射流推进特性377

11.5小结380

参考文献381

第三篇放电及等离子体应用

第12章大气压放电等离子体在材料表面改性中的应用(方志邵涛)385

12.1引言385

12.2等离子体材料表面改性的方法及原理387

12.3国内外研究进展390

12.4DBD表面亲水改性392

12.4.1丝状模式DBD改性392

12.4.2均匀模式DBD改性395

12.4.3功率密度对改性效果的影响399

12.4.4纳秒脉冲下丝状和均匀模式改性效果对比402

12.5DBD表面憎水性改性404

12.5.1提高玻璃表面憎水性404

12.5.2提高有机玻璃表面憎水性408

12.6等离子体改性机理探索411

12.6.1亲水性改性机理411

12.6.2憎水性改性机理413

12.7小结414

参考文献415

第13章大气压放电等离子体在废水处理中的应用(李杰商克峰鲁娜吴彦)418

13.1引言418

13.2液体放电等离子体过程419

13.2.1液体电击穿过程419

13.2.2液体电击穿机理420

13.3放电等离子体水处理研究进展421

13.3.1放电等离子体水处理物理与化学特性421

13.3.2放电等离子体水处理424

13.4几种放电等离子体水处理方法425

13.4.1水中多针板脉冲放电等离子体水处理425

13.4.2水中脉冲放电等离子体流注诱导TiO2提高水处理效果427

13.4.3气液联合脉冲放电等离子体水处理432

13.4.4介质阻挡型气相放电等离子体活性物质注入水处理435

13.4.5活性炭吸附等离子体氧化联合处理废水437

13.5小结441

参考文献442

第14章大气压等离子体在医学中的应用（刘定新）446

14.1引言446

14.2发展历史448

14.3基本原理450

14.3.1等离子体细胞生物学基础450

14.3.2等离子体生物化学基础453

14.3.3等离子体动物与临床试验基础459

14.3.4医用等离子体源及其基本特性463

14.4研究现状与前沿问题467

14.4.1医用等离子体化学特性的定量分析与控制467

14.4.2等离子体生物效应的选择性效果及其分子机制470

14.4.3等离子体医学应用与等离子体源的发展现状472

14.5小结477

参考文献478

第15章等离子体流动控制在改善气动特性中的应用(吴云李应红梁华)484

15.1引言484

15.2国内外研究现状485

15.3DBD等离子体气动激励特性486

15.3.1正弦波DBD等离子体气动激励特性487

15.3.2纳秒脉冲DBD等离子体气动激励特性491

15.4提高抑制流动分离能力的等离子体冲击流动控制原理504

15.4.1基本原理504