大气压平板等离子体反应器及其技术难点是什么

（文章来源：普乐斯）
大气压DBD等离子体可分为同轴圆管式和平行板式两种基本结构。由于不同放电管结构参数存在差异，同轴圆管式放电管很难实现小于1mm的窄间隙放电，并联数量越多，放电装置等效电容越大，越难以实现高频激励。与同轴圆管结构相比，平行板式DBD等离子体装置原理结构简单，且由于可以采用介电性能和绝缘性能优良的氧化铝材料制作薄电介质层，能够采用高频高压电源激励，因此可以在极窄的间隙内实现大气压强电场放电，等离子体化学反应效能发挥得更加充分。接下来主要探讨关于大气压平板等离子体反应器的五个技术难点。

采用矩形薄平行板结构，由于放电间隙很窄，对加工精度要求就很高，加工难度很大，同时对电介质层的厚度和平整度要求也很高，大气压平板等离子体反应器采用窄放电间隙结构的益处是能够实现大气压下的强电场放电，放电空间的电离度和电离区域占空比都会相应提高，进而增强了等离子体化学反应效能。放电间隙越小，约化电场强度越高，电离占空比越高，越有利于反应气体中活性粒子的产生。

目前，常用的电介质材料主要有硼硅酸盐玻璃、石英和搪瓷等。这些材料的介电常数较低，机械强度差，易碎，无法将其制造得很薄，因此限制了能量向放电空间内的传递。相比之下，高纯度的氧化铝是一种较为理想的DBD电介质材料，可以制作得很薄，厚度只有0.25~0.64mm，介电常数较高，力学性能和导热性能非常好。因此，将其作为反应器电介质层，一方面可以提高放电空间的击穿电场强度，另一方面也有利于提高放电能量的传递效率。然而，将其烧结成面积大于200cm2均匀平整的薄平板电介质层非常困难。

工业应用的大气压DBD多数表现为微放电模式，为了提高放电空间的电离区域占空比，要求整个放电空间的击穿电场分布均匀，在宏观上体现出击穿电场的均匀性，以促使整个放电空间都能有效形成微放电通道。而在微观上，要求在每一个微放电通道中都能产生时空瞬变的局域强电场，以提高反应气体的电离度，有利于切断反应气体分子的化学键，提高目标产物的浓度。这样，在宏观均匀电场和微观强化电场的共同作用下，放电空间的电离度和电离区域占空比将大幅提高。从目前来看，在大气压平板等离子体反应器中通过改进放电电极结构和引入新的放电模式是在宏观均匀电场中强化微放电通道时空瞬变强电场的有效途径。

在常规大气压DBD状况下，不锈钢电极和反应器密封材料具有很好的抗氧化和抗腐蚀性能。然而，在大气压平板等离子体反应器中，不锈钢放电电极在强电场生成的大气压非平衡等离子体中会被轻易氧化和腐蚀，降低反应器的性能和稳定性。同时，反应器使用的密封和粘接材料在电子、离子和化学活性物质的共同作用下也会大大降低等离子体的化学反应效能。因此，寻求提高反应器电极材料和密封材料的抗氧化性能是必须解决的技术困难之一。

要实现反应器规模化应用，需要将其组成阵列，以此扩大目标产物的产量。然而，由于大气压平板等离子体反应器对于激励电源来说属于容性负载，构成阵列后其等效电容会随使用反应器数量的增加而增加，降低了反应器阵列应用系统的谐振频率，规模尺度放大效应明显，优化效能得不到充分发挥。另一方面，构成阵列的反应器由于存在放电间隙等结构参数的差异，在常规电源激励时，部分放电间隙较宽的反应器的放电性能出现劣化。因此，需要采用新的激励技术，如分区激励技术，解决反应器阵列的规模尺度放大效应引发的放电性能劣化问题。
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