图1 实验系统结构示意图
Fig.1 Schematic diagram of experimental system
摘要 绝缘材料表面湿闪、污闪会对电力系统安全带来隐患。利用低温等离子进行疏水改性，可降低水滴在绝缘材料表面的浸润程度，抑制其吸附污渍、粉尘，进而提高耐湿闪、污闪等沿面耐压能力。为此，可在放电气体中添加疏水反应媒质，在材料表面引入相应疏水性基团，提高其疏水性。该文在Ar大气压介质阻挡放电（DBD）中添加六甲基二硅醚（Hexamethyldisiloxane, HMDSO）作为疏水反应媒质，研究高频、微秒脉冲和纳秒脉冲电源激励下HMDSO添加比例对DBD光学和电气特性影响规律。结果表明，不同电源激励下DBD均呈现丝状放电模式，尤其纳秒脉冲DBD放电区域中出现明亮的放电细丝，添加HMDSO后，DBD均匀性得到改善。高频和微秒脉冲激励下，HMDSO的添加会导致放电电流减小，发射光谱强度降低，放电减弱，而纳秒脉冲激励下放电电流和发射光谱强度先增加后减小，在添加比例为1.5%时，放电电流和发射光谱最大，放电最强。采用等效电路模型计算相应的能量效率，高频DBD能量效率最低，约为20%；纳秒脉冲DBD能量效率最高，约为70%，HMDSO添加对DBD能量效率影响不明显。三种类型电源相比，纳秒脉冲电源激励下放电强度和能量效率最大，在合适的HMDSO添加比例下产生活性粒子的能力更强，可为疏水改性提供更加有利的条件。
关键词：大气压介质阻挡放电 高频激励 脉冲激励 疏水改性 放电特性
绝缘材料广泛应用于电力、高能物理、军事、航空航天和电子等领域，其应用效果不仅取决于材料体绝缘强度，还受其表面特性影响，尤其是材料表面疏水性能直接与其耐湿闪和污闪能力相关[1-3]。现有提高绝缘材料表面疏水性的方法主要有硅油涂覆、室温硫化硅橡胶涂覆、直接氟化法及采用新型复合材料等，这些方法在稳定性、处理条件、环境友好性及成本和效率等方面各存在一定的局限性[4-6]。
近年来，大气压低温等离子体材料表面改性技术因具有操控便捷、环保无污染和低能耗等优点，广受国内外学者的关注。介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge, DBD）可在大气压下产生大面积低温等离子体，对大面积平板或薄膜类材料表面改性具有独特优势。目前，大气压DBD改性最广泛、最成熟的应用是提高材料表面亲水性，研究者使用空气或氩气作为工作气体产生DBD，通过材料表面处理，改变表面物理化学特性，达到亲水改性效果[7]。然而，对于绝缘材料而言，表面改性的目标通常是提高表面疏水性以改善其表面耐湿闪和污闪能力[8-9]。为此，研究者在放电工作气体中添加反应媒质[10-12]，通过等离子体在绝缘材料表面植入疏水基团或沉积疏水薄膜，提高绝缘材料表面疏水性[13-15]。尽管疏水改性的同时会改变绝缘材料表面的电阻率、介电常数等表面电学性能参数，但通过疏水改性依旧可提高材料耐湿闪和污闪能力[16-17]。目前报道的疏水反应媒质主要有含F和含Si两大类，其中含F媒质添加后，放电可能产生有腐蚀性甚至毒性的分解产物，限制其实际应用。含Si媒质中以六甲基二硅醚（Hexamethyldisiloxane, HMDSO）最常见，因其Si-O键易断裂，分解产物可在被处理材料表面形成致密薄膜，在合适改性条件下，提升材料表面疏水性甚至可达到超疏水效果[18-20]。
大气压DBD的改性效果取决于等离子体和材料表面相互物理化学作用，通过控制DBD等离子体工作条件和参数（激励源、工作气体、反应媒质种类和比例等），可以改变等离子体放电特性，实现改性效果的调控[20-22]。激励电源种类及参数是影响等离子体化学活性、电离效率及等离子体宏观温度的重要因素[23-25]。目前用于DBD材料改性方面的激励电源大多以高频电源为主，其存在能量效率低、反应器发热严重的问题，在对耐热性较差的绝缘材料如环氧、有机玻璃等改性时往往对处理工艺提出更高要求。近年来，随着电力电子技术的发展，高压脉冲激励的等离子体因其能在等离子体宏观温度更低的条件下产生具有更高能量的电子，从而增强等离子体化学活性，有效提升电离效率与能量效率，逐渐成为国内外学者研究的热点[26-29]。激励电源类型和反应媒质添加对DBD特性有显著影响，进而直接决定了改性应用效果。因此，建立不同电源激励下添加媒质比例与放电特性的关系，对于绝缘材料改性应用中激励源类型的选择及改性效果的调控至关重要，而相关研究目前尚未开展。
针对上述问题，本文分别采用三种不同的电源，包括高频交流电源、微秒脉冲电源及纳秒脉冲电源，以Ar作为工作气体，HMDSO作为反应媒质实现介质阻挡放电，比较不同电源激励下，HMDSO添加比例对放电发光特性、电气特性及光谱特性的影响规律，并结合放电反应对相应结果进行分析和解释，其结果可用于指导介质阻挡放电疏水改性电源类型的选择及改性效果的调控。
图1给出了实验系统结构示意图。DBD反应器结构分为上盖和底座两部分，上盖采用石英玻璃材料，厚度1mm，且开有两个中心相距62mm、直径6mm通气口分别作为进气口和出气口；底座为石英玻璃皿，直径70mm、深8mm、厚度1mm。上盖和底座分别与直径50mm的不锈钢电极接触，内部加入厚度1mm、直径60mm的聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl Methacrylate, PMMA）样片。上盖进气口接入实验系统气路单元。气路单元由主气路和辅气路构成，采用质量流量计控制主气路流速与辅气路流速之和为1L/min。主气路直接通入99.9%Ar，辅气路将Ar气通过装有HMDSO的洗气瓶，最后两路汇聚成一路通入反应器之中。
图1 实验系统结构示意图
Fig.1 Schematic diagram of experimental system
不同类型电源激励下，放电的折合电场强度各不相同，放电特性也相应存在显著差异，而折合电场强度与电源波形参数密切相关，如电源频率、脉冲上升沿时间等[30]。为了研究激励电源类型对于Ar/HMDSO放电特性的影响，整个反应器分别使用高频电源、微秒脉冲电源及纳秒脉冲电源激励，固定三个电源的电压幅值12kV，设置高频电源频率为5kHz；微秒脉冲电源上升沿10μs，脉宽15μs，重复频率5kHz；纳秒脉冲电源的上升沿100ns，脉宽800ns，下降沿100ns，重复频率5kHz。分别采用Tek P6015A高压探头和Pearson 6585电流探头进行电压、电流波形数据的测量，采用差分探头测量串入放电回路的0.01μF电容两端电压以便于放电电压-电流分离。
放电光学特性诊断包括发光图像采集和光谱数据采集。发光图像由EOS 6D佳能数码相机拍摄得到，相机曝光时间为1/1000s。利用Ocean Optics HR4000CG光纤光谱仪获得光谱信号，光纤探头与DBD反应器的石英玻璃皿顶部水平并与外壁紧贴。
放电发光强度及空间分布均匀性等发光特性能够直观反映放电强度和均匀性。图2为不同电源激励下DBD发光图像随HMDSO添加比例变化实验结果。由图2可见，三种电源激励下放电模式均呈现丝状放电，尤其在脉冲电源激励下可观察到明亮放电细丝，而适当浓度的HMDSO添加可提高放电均匀性。高频电源激励下，当没有添加HMDSO时，放电发光图像亮度呈明暗变化，尤其从图像底部可看到明显的放电细丝，说明发生了丝状放电；随着HMDSO添加比例增加，放电均匀性有显著改善。微秒脉冲电源激励下，当没有添加HMDSO时，放电区域呈现出明显的明暗相间的特征，说明此时发生丝状放电；随着添加比例的增加，明暗相间条纹逐渐减弱，说明放电均匀性有所改善。这是由于HMDSO能够吸附电子，降低电子崩的倍增速度，抑制放电通道的形成。纳秒脉冲电源激励下，当没有添加HMDSO时，与微秒脉冲激励相比，整个放电区域更加明亮，明暗相间区域进一步收缩形成数条明亮的放电细丝，并且放电细丝不断更替，在整个放电区域内呈现滑动状态；适量（0.5%～1.5%）添加HMDSO后，明亮放电细丝数目与未添加时相比增多，放电区域整体也更加明亮；当HMDSO添加比例达到2%时，明亮放电细丝数目开始减少；当HMDSO添加比例达到3%时，明亮放电细丝完全消失，与高频和微秒电源激励下的放电状态类似，此时依旧为丝状放电，因为发光图像亮度依旧存在明暗变化。综合上述结果表明，电源类型和反应媒质添加比例对放电过程具有显著影响，在实际应用中对其进行有效选择和调控，可以优化放电均匀性，进而达到均匀改性效果。
图2 不同激励源激励下放电的发光图像
Fig.2 Discharge images driven by different power sources
图3～图5给出了不同电源激励和HMDSO添加比例下的反应器电压和回路电流测量结果。由图可见，纳秒脉冲激励下测量得到的电流最大，微秒脉
图3 高频电源激励不同HMDSO添加比例下的反应器电压和回路电流波形
Fig.3 Voltage and current waveforms under different HMDSO ratios driven by high frequency power source
图4 微秒脉冲电源激励下不同HMDSO添加比例下的反应器电压和回路电流波形
Fig.4 Voltage and current waveforms under different HMDSO ratios driven by microsecond pulse power source
图5 纳秒脉冲电源激励下不同HMDSO添加比例下的反应器电压和回路电流波形
Fig.5 Voltage and current waveforms under different HMDSO ratios driven by nanosecond pulse power source
冲次之，高频激励下电流最小。从图3波形可以看出，高频电源激励时，正负半周期放电均产生多个电流脉冲，说明此条件下尽管在发光图像上放电细丝不明显，但是放电过程由多次放电组成，放电模式依旧为丝状放电。在本研究HMDSO添加范围内，电流峰值呈先减小后增大趋势，当HMDSO添加比例为3%时电流峰值为0.038A，低于纯Ar下电流峰值0.042A。该结果表明，高频电源激励下，添加的HMDSO分子参与了放电过程，对于放电有一定的抑制作用。在微秒和纳秒脉冲电源激励下，放电电流均呈现双极性，在电压上升和下降阶段各出现多次脉冲，而二者的差别主要体现在电流峰值及其随着HMDSO添加比例的变化规律。在电流峰值方面，微秒和纳秒脉冲电源激励下，最大电流峰值分别为0.4A和6A，比高频激励条件下的电流峰值分别高10倍和100倍左右，说明纳秒脉冲电源激励下放电强度最高，微秒脉冲电源次之，高频电源最弱。另一方面，随着HMDSO添加比例的增大，微秒脉冲电源激励下电流峰值变化并不显著，维持在0.3～04A范围；而纳秒脉冲激励下电流峰值呈现先增大后减小的趋势，在HMDSO添加比例在1.5%时，脉冲电流峰值达到最大6A，比纯Ar下增长了24.6%。由此说明，纳秒脉冲电源激励下，适量
HMDSO（1.5%左右）的添加对于放电有明显的促进作用；而微秒脉冲电源激励下，HMDSO添加对于放电强度没有显著影响。
由于DBD中阻挡介质板的存在，无法直接测得等离子体气隙电压Ug和放电电流Ig，难以分析气隙功率和能量效率，而二者是表征等离子体与材料表面作用强弱的重要参数。为此，需将气隙电压及放电电流从外加电压和测量电流波形中分离出来。本文采用基于等效电路模型的方法进行波形分离，所建立的DBD等效电路模型如图6所示，其中Ut为反应器电压，It为回路电流，二者由实验直接测量得到，Ud为介质层电压；将放电通道等效为受控电流源，将介质层等效为介质电容Cd，气隙层等效为气隙电容Cg。
图6 DBD等效电路
Fig.6 Equivalent circuit diagram of DBD
由等效电路可知，未放电时位移电流Id=It。介质电容Cd与气隙电容Cg的串联等效电容Ceq的值可以通过式（1）计算，且随着外加电压升高，Ceq的值几乎不变。放电时，放电电流Ig可由总电流It减去位移电流Id得到；Um与Ud成正比，Ud可由式（3）得到；Ut与Ud相减即可得到Ug[24-25]。
（1）
（2）
（3）
（4）
瞬时功率可由式（5）计算，平均功率可由式（6）计算，能量效率η可由式（7）得到。
（5）
（6）
（7）
将纯Ar下的放电电压电流波形进行分离，得到图7～图9所示分离结果。从图中可以看出，高频电源激励下的放电电流为10-2A级别，微秒脉冲电源激励下电流为10-1A级别，纳秒脉冲电源激励下电流为100A级别。根据分离结果，分别计算得到不同电源激励下的气隙平均功率及能量效率随HMDSO比例的变化曲线如图10所示。由图可见，高频电源激励下气隙平均功率最低，为其他两种电源的1/3，纳秒与微秒脉冲电源激励下放电气隙获得的功率相差不多。纳秒脉冲激励下的放电能量效率明显高于其他两种激励电源，可达到微秒脉冲电源的2倍，高频电源的3.5倍。这主要是由于脉冲作用时间短，有效抑制介质表面热量积累，减小介质损耗。尽管随着HMDSO添加比例的增大，三种电源激励下的放电能量效率都呈减小趋势，但变化并不显著，可近似视为恒定。
图7 高频电源激励下的波形分离结果
Fig.7 Waveform division results driven by high frequency power source
图8 微秒脉冲电源激励下的波形分离结果
Fig.8 Waveform division results driven by microsecond pulse power source
图9 纳秒脉冲电源激励下的波形分离结果
Fig.9 Waveform division results driven by nanosecond pulse power source
图10 放电功率和能量效率与添加比例关系曲线
Fig.10 Discharge power and efficiency variations with HMDSO ratio
电子密度是表征等离子体活性的一个重要参数，结合放电电流分离结果可进一步估算电子密度。根据气体放电理论，电子密度ne满足关系
（8）
式中，Jg为电流密度，是气隙内放电电流Ig和放电区域的面积的比值；Eg为气隙电场强度；μe为电子迁移率，通过查找相关文献得到[31-32]。根据放电电流分离结果，可估算得到不同电源激励下的电子密度量级，结果见表1。在高频、微秒和纳秒脉冲电源激励下，大气压纯氩DBD平均电子能量分别在1～3eV[33]、2～4.5eV[34]以及7.4～9.5eV[35]的范围。综合上述结果表明，在纳秒脉冲电源激励下，放电发生时折合电场强度明显高于其他两种电源，放电空间内的活性粒子数量更多、能量更大，放电更强，更有利于改性过程中表面物理化学反应的发生。
表1 不同电源激励下的电子密度及电子能量
Tab.1 Electron density and energy driven by different power sources
电源类型电子密度/cm-3电子能量/eV 高频电源10131～3[33] 微秒脉冲电源10152～4.5[34] 纳秒脉冲电源10177.4～9.5[35]
图11～图13给出了不同电源激励和HMDSO添加比例下的发射光谱图。从图中可以看出，本研究不同条件下DBD产生的活性粒子发射光谱谱线分布基本一致。在谱线强度方面，高频和微秒脉冲电源激励下相差不多，而纳秒脉冲电源激励下谱线强度明显更高。高频电源激励下，未添加HMDSO时，谱线强度最高，接近3 500。伴随着HMDSO添加，其发射光谱强度骤降为原来的1/3，其后进一步增大添加比例，光谱强度衰减变缓。微秒脉冲电源激励下，谱线强度随HMDSO添加变化规律与高频电源激励下类似。与上述两种电源相比，纳秒脉冲电源激励下发射光谱强度明显更大，其最高谱线强度可达10 000以上。随着HMDSO的添加，其整体谱线强度呈现先增大后减小变化，在0.5%HMDSO添加比例时达到最大值。
图11 高频电源激励不同HMDSO添加比例下的发射光谱图
Fig.11 Emission spectra under different HMDSO ratios driven by high frequency power source
图12 微秒脉冲电源激励不同HMDSO添加比例下的发射光谱图
Fig.12 Emission spectra under different HMDSO ratios driven by microsecond pulse power source
图13 纳秒脉冲电源激励不同HMDSO添加比例下的发射光谱图
Fig.13 Emission spectra under different HMDSO ratios driven by nanosecond pulse power source
图14给出了不同电源激励下主要粒子谱线光谱强度随HMDSO添加比例的变化曲线。可以看出，纳秒脉冲电源激励下的发射光谱强度是微秒和高频下的3～5倍，说明纳秒脉冲电源激发产生活性粒子的能力明显优于高频和微秒脉冲电源。高频电源与微秒脉冲电源激励下，少量HMDSO(≤0.5%)添加会引起光谱强度的骤降，而同样比例下，纳秒脉冲电源却呈现上升趋势，随着HMDSO添加比例的增大，其放电强度也在逐渐减弱，最后趋于稳定。由此说明，在纳秒脉冲激励下，少量HMDSO添加可以促进活性粒子的产生，而过量HMDSO会使得活性粒子的产生受到抑制。
图14 不同电源激励下主要粒子谱线光谱强度随HMDSO添加比例的变化曲线
Fig.14 Spectral intensity variations of main particles with HMDSO ratio driven by different power sources
本文在Ar平板介质阻挡放电中添加了不同比例的HMDSO，研究了激励电源类型和HMDSO添加比例对放电均匀性和放电强度的影响。结果发现，不同于高频和微秒脉冲激励，纳秒脉冲激励下会出现明亮的放电细丝，并且明亮放电细丝个数受HMDSO添加比例影响显著。此外，纳秒脉冲激励下存在最佳的HMDSO添加比例以产生最强的放电；而其他两种电源激励时，HMDSO添加会持续抑制放电。下面就上述结果进行解释分析。
本研究中，纳秒脉冲电源激励下产生了明亮的放电细丝，而在其他两种电源激励下并未发现，其原因分析如下。根据气体放电理论，放电细丝的产生是由于电子崩的快速倍增贯穿整个气隙，而抑制其产生的根本方法是降低电子崩的倍增速度和大小及减小放电能量的馈入两种手段[36]。通常情况下，由于脉冲持续时间短，纳秒脉冲放电在极短时间内完成，能量转换为热能较少，热不稳定性可以被有效抑制，从而更容易获得均匀放电。然而，由于纳秒脉冲电源激励下发生过电压击穿，从图3～图5中可看出，纳秒脉冲电源激励下击穿电压明显高于其他两种电源，这就意味着在电子崩倍增过程中气隙电场强度更大，根据式（9）和式（10），电子倍增过程加剧，促进了放电细丝的形成。
（9）
（10）
式中，α为电子碰撞电离系数；p为放电区域气体压强；d为电极间隙；E为气隙电场强度；A和B为与气体种类相关的常数。综上分析，只有在合适的电极间隙和气体环境下，纳秒脉冲电源激励才能获得比高频电源激励更加均匀的放电效果。目前已报道的研究中大多在5mm以内的平板电极间隙获得了大气压Ar均匀DBD。由于本实验中电极间隙相对较大，过多的空间电荷引起空间电场畸变，导致流注通道的形成，流注通道内电导率下降，进一步加强流注通道内电离效应，此时纳秒脉冲激励下的强电场对放电均匀性负面效果强于其脉冲时间短对放电均匀性正面效果，致使形成了图2纳秒放电图像中明亮的放电细丝。
HMDSO的添加比例对放电均匀性的影响主要通过改变放电间隙内电子空间分布实现。添加HMDSO后，放电产生的高能自由电子、激发态Ar原子等活性粒子与HMDSO发生非弹性碰撞可以使HMDSO解离及电离反应，部分反应式[37-39]为
（15）
HMDSO加入后会与高能电子及亚稳态粒子作用发生彭宁电离，例如式（11）所示，导致等离子体中电子数增加，对放电通道形成有促进作用。但是在较高的HMDSO添加比例下（高于3%），产生的分子碎片更多，导致过多的电子被分子碎片吸附，单个流注通道的电子倍增过程受到抑制，使放电在宏观上呈现较为均匀的状态。在材料改性应用中，通常希望提高放电均匀性以保证处理效果均匀性。但本研究中纳秒脉冲激励产生的丝状放电同样可用于疏水改性，其原因是在放电过程中，工作气体处于连续流动状态，纳秒脉冲激励产生的放电细丝并非固定在空间特定位置，而是呈滑动状态，在处理时间充足条件下，有望达到均匀处理的效果，而且丝状放电相较于均匀放电能量更集中，局部强化了表面物理化学反应，对材料表面刻蚀和薄膜沉积具有独特的优势[40-42]。
在放电强度方面，随着HMDSO添加比例的增大，高频和微秒脉冲激励下的放电强度都呈递减趋势，而纳秒脉冲激励下则呈先增大后减小变化，这主要与HMDSO加入后参与的放电反应有关。HMDSO加入到放电空间后，可发生式（11）～式（15）所示的反应，其中断裂Si-C所需要的能量在4～6eV范围，断裂Si-O所需要的能量在6～9eV范围。只有当放电空间内的高能粒子所具有的能量足以打开这些化学键时，上述反应才能发生。根据本文发光特性和电学特性分析结果，纳秒脉冲电源激励下的DBD能够产生多条明亮的放电细丝，瞬时电流达到5～6A，能量效率达到65%～70%，电子密度达到1023m-3，电子能量可达到6～9eV，单个脉冲能提供大量的高能粒子，其在与HMDSO分子碰撞的过程中使HMDSO化学键断裂，并参与到放电反应中使放电强度更大。而随着HMDSO添加比例的增大，
由于其产生的分子碎片具有电子吸附能力，在放电反应过程中吸收了大量的电子，减少了激发态Ar原子和高能电子的产生，从而导致放电减弱。对于高频和微秒脉冲电源激励下的放电而言，放电电流在几十到几百毫安范围，能量效率低于40%，平均电子能量小于5eV，电子密度在1019～1021m-3范围，放电强度明显弱于纳秒脉冲电源激励。在自身放电强度不高的前提下加入HMDSO，不仅难以打开HMDSO化学键使其参与放电反应，而且其产生的分子碎片会吸附电子，添加比例越大，电子吸附越多，放电强度越小。
1）在添加HMDSO条件下，相较于高频电源和微秒脉冲电源，纳秒脉冲电源激励下的放电电流比其他两种电源高10倍以上，放电能量效率高2倍以上，发射光谱强度高3～5倍，意味着纳秒脉冲激励下的DBD放电强度更大，激发产生活性粒子的能力更强。
2）不同类型电源激励下，HMDSO添加比例对放电均匀性影响规律不同。本研究条件下，三种电源激励DBD均呈现丝状放电模式，其中高频DBD均匀性最好，脉冲DBD放电区域中出现明显的放电细丝。添加HMDSO后，对于高频和微秒脉冲电源激励，因其对电子的吸附作用抑制流注通道形成，放电均匀性均得到改善；对于纳秒脉冲电源激励，适量添加HMDSO促进放电反应，致使细丝数量增加，而过量添加则会抑制放电，提高均匀性。
3）不同类型电源激励下，HMDSO添加比例对放电强度影响规律不同。在高频和微秒脉冲电源激励下，添加HMDSO对放电强度主要呈现抑制作用，放电电流和光谱强度均低于或接近纯Ar放电；而在纳秒脉冲激励下，放电电流和发射光谱强度先增加后减小，适量添加HMDSO（低于1.5%）对放电有促进作用，过量添加则会抑制放电。
综上所述，实际大气压DBD材料表面改性应用时，需要合理选择激励电源种类并与反应器相匹配，控制HMSDO的添加比例以控制放电反应过程、放电功率和能量效率等放电特性，进而达到对材料表面改性效果调控的目的。
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Effect of HMDSO Addition Ratio on Ar DBD Characteristics Excited by Different Types of Power Sources
Abstract Wet flashover and pollution flashover on the surface of insulation material will bring hidden dangers to the safety of power systems. Hydrophobic modification with low-temperature plasma can reduce the wetting of water on the surface of the insulation material, inhibit the adsorption of dirt and dust, and improve its resistance to flashover such as wet flashover and pollution flashover.To achieve this goal, hydrophobic precursor can be added to the discharge gas, and hydrophobic groups can be introduced on the surface of the material to improve the hydrophobicity. In this paper, hexamethyldisiloxane (HMDSO) is added as hydrophobic precursor in Ar dielectric barrier discharge (DBD), and influences of HMDSO addition ratio on optical and electrical discharge characteristics are studied under high frequency, microsecond pulse and nanosecond pulse power source, respectively. Results show that DBD driven by different power sources all present filamentary discharge mode, and bright discharge filaments appear driven by nanosecond pulse source. The discharge uniformity is improved due to the addition of HMDSO. Driven by high frequency and microsecond pulse power source, the addition of HMDSO causes the discharge current and the emission spectrum intensity to decrease. The discharge current and emission spectrum intensity first increase and then decrease excited by nanosecond pulse power source. When the addition ratio is 1.5%, the discharge current and emission spectrum are the largest. The equivalent circuit model is used to calculate the corresponding discharge energy efficiency. The efficiency of high frequency DBD is the lowest, about 20%, and the efficiency of nanosecond pulse DBD is the highest, about 70%. The addition of HMDSO has no obvious effect on the efficiency. Comparing three types of power sources, the nanosecond pulse power source has the largest discharge intensity and energy efficiency, and has stronger ability to generate active particles with proper HMDSO ratio, which can provide more favorable conditions for hydrophobic modification.
keywords：Atmospheric pressure dielectric barrier discharge, high frequency excitation, pulse excitation, hydrophobic modification, discharge characteristics
DOI：10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.201548
中图分类号：TM215
张龙龙 男，1993年生，硕士研究生，研究方向为低温等离子体特性诊断及其应用。E-mail：Zll163Njtc@163.com
崔行磊 男，1983年生，副教授，硕士生导师，研究方向为高电压气体放电理论及材料表面改性应用等。E-mail：cxl00@njtech.edu.cn（通信作者）
国家自然科学基金（51977104, 52037004）和江苏省六大人才高峰项目（KTHY-020）资助。
收稿日期 2020-04-14
改稿日期 2021-02-23
（编辑 郭丽军）