Dielektrisch behinderte Entladung (DBE)

Eine dielektrisch behinderte Entladung wird durch Anlegen einer hohen Spannung zwischen zwei Elektroden erzeugt, wobei mindestens eine der Elektroden durch ein Dielektrikum isoliert ist. Durch das Verwenden der Isolierung wird das Entstehen einer Bogenentladung verhindert. Stattdessen bilden sich in der Regel viele feine Plasmafilamente zwischen den Elektroden aus, die jedoch nur eine sehr geringe Lebensdauer im Bereich von einigen Nanosekunden haben. Grund dafür ist die Ansammlung der Ladungsträger auf der Oberfläche des Dielektrikums, die ein Gegenfeld zur von außen angelegten Spannung erzeugen, so dass die Entladung wieder erlischt. Daher werden DBE mit Wechselspannung bei typischerweise einigen Kilohertz betrieben.

DBE mit paralleler Anordnung von stabförmigen Elektrodenpaaren.
DBE mit paralleler Anordnung von stabförmigen Elektrodenpaaren. Die Elektroden sind abwechselnd ungeschirmt und mit Quarzröhrchen isoliert.
Großflächige DBE mit einer Anordnung aus keramikisolierten Elektroden und ungeschirmten Metallleisten.
Großflächige DBE mit einer Anordnung aus keramikisolierten Elektroden und ungeschirmten Metallleisten.

DBE können sowohl im Niederdruck als auch bei Atmosphärendruck erzeugt werden, wobei deren besonderen Eigenschaften vor allem bei Atmosphärendruck zur Geltung kommen. Aufgrund der geringen Lebensdauer der Entladung können die schweren Ionen weit weniger Energie aus dem Wechselfeld aufnehmen als die leichteren und schnelleren Elektronen. Bei der DBE handelt es sich daher um ein nichtthermisches „kaltes“ Plasma, bei dem die Elektronen eine hohe Temperatur besitzen, das Neutralgas und die Ionen jedoch bei etwa Raumtemperatur liegen. Dadurch lassen sich auch temperaturempfindliche Materialien mit diesem Entladungstyp behandeln.

DBE werden für vielfältige Anwendungen eingesetzt, darunter zur Ozonherstellung, als UV-Quelle, zur Luft- und Abwasserbehandlung, zur Entkeimung von Verpackungen und Lebensmitteln sowie zur Aktivierung, Reinigung, Ätzung und Beschichtung von Oberflächen. Ein Vorteil der DBE ist, dass sie durch die flexible Elektroden- und Dielektrikumsanordung in verschiedene Formen und Größen hergestellt und somit sehr gut an eine bestimmte Anwendung angepasst werden kann.

Am IGVP werden verschiedene DBE-Konfigurationen entwickelt, hergestellt, diagnostisch charakterisiert und deren Wirkungsweise für Anwendungen wie der Abluftbehandlung, Oberflächenaktivierung oder der Lebensmittelentkeimung untersucht.

Dieses Bild zeigt Andreas Schulz
Dr.-Ing.

Andreas Schulz

Wiss. Mitarbeiter, Plasmatechnologie

Dr.

Stefan Merli

Wiss. Mitarbeiter, Plasmatechnologie

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