Introducción a la descarga de barrera dieléctrica
La descarga de barrera dieléctrica (DBD) es una descarga de gas en desequilibrio con un medio aislante insertado en el espacio de descarga. También se denomina descarga en corona de barrera dieléctrica o descarga silenciosa. La descarga de barrera dieléctrica puede funcionar a alta presión de aire y en un amplio rango de frecuencia. La presión de aire de funcionamiento habitual es de 10 a 10.000. La frecuencia de la fuente de alimentación está disponible desde 50 Hz a 1 MHz. Existen varios diseños de estructuras de electrodos. El espacio entre los dos electrodos de descarga se llena con un determinado gas de trabajo y uno o ambos electrodos se cubren con un medio aislante. El medio también puede suspenderse directamente en el espacio de descarga o llenarse con un medio granular. entre los dos electrodos, a alto voltaje de CA, el gas entre los electrodos se descompondrá para producir una descarga, que es una descarga de barrera dieléctrica. En aplicaciones prácticas, las estructuras de electrodos de tubería se usan ampliamente en varios reactores químicos, mientras que las estructuras de electrodos planos se usan ampliamente en la modificación, injerto e injerto de películas y placas de polímeros y metales en la industria, mejora de la tensión superficial, limpieza y modificación hidrófila.
La descarga de la barrera dieléctrica generalmente es impulsada por una fuente de alimentación de alto voltaje de corriente alterna (CA) sinusoidal. A medida que aumenta el voltaje de suministro, el estado del gas de reacción en el sistema pasará por tres etapas. Progresará gradualmente desde el estado de aislamiento (aislamiento) hasta la descarga (avería) y finalmente la avería. Cuando el voltaje suministrado es relativamente bajo, aunque algunos gases tendrán cierta ionización y difusión libre, el contenido es demasiado pequeño y la corriente es demasiado pequeña para provocar una reacción de plasma en el gas en la zona de reacción. cero. A medida que aumenta gradualmente el voltaje de suministro, también aumenta el número de electrones en el área de reacción. Sin embargo, cuando no se alcanza el voltaje de ruptura (voltaje de avalancha) del gas de reacción, el campo eléctrico entre los dos electrodos es relativamente bajo y no puede proporcionar suficiente. energía para los electrones. Las moléculas de gas sufren colisiones inelásticas. La falta de colisiones inelásticas hace que el número de electrones no pueda aumentar significativamente. Por lo tanto, el gas de reacción todavía está en un estado aislante y no puede generar corriente en este momento. aumenta ligeramente a medida que aumenta el voltaje aplicado al electrodo, pero casi cero. Si el voltaje de suministro continúa aumentando, cuando el campo eléctrico entre los dos electrodos es lo suficientemente grande como para causar una colisión inelástica de moléculas de gas, el gas aumentará significativamente debido a la colisión inelástica de ionización cuando la densidad de electrones en el espacio sea mayor. que un valor crítico, cuando ocurre el voltaje de ruptura de Paschen, se producen muchos cables de microdescarga para conducir entre los dos polos, y se puede observar claramente un fenómeno luminoso en el sistema. En este momento, la corriente aumentará con el voltaje aplicado. aumentó rápidamente.
En la descarga de barrera dieléctrica, cuando el voltaje de ruptura excede el voltaje de ruptura de Paschen, aparecerá una gran cantidad de microdescargas distribuidas aleatoriamente en el espacio. La apariencia de esta descarga parece una descarga incandescente a baja presión. Emite luz casi azul. Mirando de cerca, está compuesto por una gran cantidad de finas descargas de pulsos rápidos que aparecen en forma de filamentos. Mientras el espacio de aire entre los electrodos sea uniforme, la descarga será uniforme, difusa y estable. Estas microdescargas se componen de una gran cantidad de filamentos de corriente de pulso rápido, y cada filamento de corriente se distribuye aleatoriamente en el espacio y el tiempo de descarga. El canal de descarga es básicamente cilíndrico, con un radio de aproximadamente 0,1 a 0,3 mm, y la descarga continúa. El tiempo es extremadamente corto, alrededor de 10 ~ 100 ns, pero la densidad de corriente puede llegar a 0,1 ~ 1 kA/cm2. Cada filamento de corriente es una microdescarga, que se propaga en una descarga superficial en la superficie del medio y aparece como una. punto brillante. Estas características macroscópicas cambian con la potencia, la frecuencia y el medio aplicado entre los electrodos. Si se utiliza un dieléctrico dual y se aplica suficiente energía, la descarga en corona mostrará una descarga azul uniforme "libre de filamentos", que parece una descarga luminosa pero no es una descarga luminosa. Este efecto macroscópico se puede observar directamente de forma experimental a través de electrodos transparentes o espacios de aire entre los electrodos. Por supuesto, diferentes entornos de gas tienen diferentes colores de descarga.