近年来,低温等离子体研究领域中,大气压冷等离子体射流放电成为研究热点之一。不同于受放电区域空间狭小等因素限制的传统大气压介质阻挡放电技术,大气压冷等离子体射流放电技术实现了放电区与等离子体射流区的分离,即在放电区形成富集电子、离子、激发态原子、分子及自由基等活性粒子的等离子体,通过电场与气流场的作用,将富能活性粒子输运到放电区外的开放空间形成射流状等离子体。因此,大气压冷等离子体射流在保持气体温度低的同时能够保持较高浓度化学活性成分。由于具有操作快捷及成本低廉等诸多优点,大气压射流等离子体无论是在材料合成、加工及改性等传统应用领域,还是在生物医学、环境及化工等新兴工程学应用上都表现出了良好的应用前景,在一些特殊领域(温度敏感材料、复杂形状工件等)更是体现了其独特的技术优势。为能够大规模应用到实际工业生产中,必须对射流等离子体源技术进行优化,特别是增大射流等离子体的体积和截面积。为此,不仅需要诊断等离子体射流的基本参数,以便能够弄清楚等离子体射流产生及发展的基本物理过程,而且还需要对冷等离子体射流的放电放大技术和机理进行探索。为此,本文以冷等离子体射流作为对象展开了以下研究,并取得了相应研究结果：1.提出了一种新型的级联式三电极介质阻挡放电结构,三个电极分别为驱动极、辅助极和接地极。以氩气以及氩气和氮气混合气为工作气体,用常用DBD交流电源驱动,在近大气压(750Torr)下实现一种较大尺寸的类辉光放电射流冷等离子体,直径可达数厘米。相比于传统的介质阻挡放电冷等离子体射流,射流的截面直径增加了数倍。研究证实：放电区可以区分为相连的两个区域,其中辅助电极与接地极之间形成了等离子体射流。比对放电电流及电压波形,可以确认两个放电区具有密切相关性。研究了射流区的发射光谱,计算了射流区的转动温度和振动温度,发现：不同放电条件下,射流转动温度为300K左右,振动温度为1800K左右,可见射流等离子体属于非平衡状态。通过分析射流区照片亮度分布,表征了射流等离子体的空间分布。2.三电极放电结构不仅在常用DBD放电电源的频率范围内可产生冷等离子体射流,而且采用工业频率13.56MHz的射频电源驱动,通过改变功率的大小,亦可以实现稳定放电。细致研究了放电状态及其演变过程,得到了放电区的振动温度和转动温度随功率改变的变化趋势。发现放电的α模式,α+γ模式,γ模式阶段可用温度来区分。还进一步探究了在氩气工作气体中加入氧气,以增加化学活性粒子的种类的可行性。研究了氧气混合对放电特性的影响,确定了氧气的掺入最佳比例为0.9%。3.在三电极结构的第一级DBD放电中发现了新型非线性现象。由于第一级环-环型电极的独特结构,其中的DBD放电表现出了多种时空有序的自组织放电现象,可分为两种：DBD放电通道的斑图结构,即空间域上的自组织现象；DBD放电通道电流的周期倍增现象,即时间域上的有序化现象。为了探索第一级DBD放电通道之间的斑图放电行为,设计了一种环-板结构的电极,这种电极结构具有高度几何对称性,可消除不规则边界或者电极端点等特殊几何条件的影响,亦可避免原结构中放电间隙不均匀的缺点。利用这种结构,实现了三种不同的放电模式：即自组织斑图、扩散放电模式及丝状放电模式。在一定的放电条件区间内,可以产生稳定对称的斑图结构。由于圆环电极的独特设计,在斑图模式中,每个斑点的对应放电通道在放电体系中具有等同地位,从而形成一种稳定且高度对称的放电图案。研究了外加电压、电源频率及气体组分等对斑图结构的影响,证实了斑图中各斑点放电通道之间的部分全同性。4.为了研究单一DBD放电通道的周期倍增行为,将第一级DBD环-环电极变形为针-板结构,以稳定形成单一的DBD放电通道。周期倍增放电现象是一种在特定放电条件下放电电流脉冲重复周期的多种倍增结构。利用针板电极结构,在较大的实验参数范围内首次实现了一种渐变式二倍周期放电模式。从近大气压到数托量级之间的气压范围内,这种模式均能发生。研究放电V-I波形,确定了二倍周期放电模式渐变特性。改变气压和驱动频率等实验参数,得出了电压-气压-频率构成的相空间中这种二倍周期放电模式的存在域,确认了这种二倍周期放电模式的稳定性和普遍性。本文认为这种二倍周期模式不是非线性系统分岔动力学机制所致,而是介质层表面充放电的周期性引起的,由此提出了二倍周期现象的一种新机制。5.冷等离子体射流的不同应用领域要求在不同的混合气体中都能实现稳定放电,以产生各类活性成分。针对新发展的冷等离子体射流放电技术,选择了两种应用背景,开展了混合气体射流放电的研究。(1)为了提高射流放电的密度和状态可控性,针对含02混合气体,设计了直流增强式三电极DBD放电射流发生装置。其中悬浮电极施加交流驱动,并与接地极构成环-板DBD构型,驱动电极施加直流电压,以增强射流放电,实现了直流增强型大直径氧气射流等离子体。改变直流电压,研究了臭氧的产生规律,随着直流电压升高,臭氧的浓度逐渐升高,直至达到一定峰值,然后逐渐降低,但仍高于无直流增强放电的臭氧浓度。(2)在含CH3I混合气体中,实现了大通量的碘原子产生。为此,在三电极射流放电结构基础上,将悬浮电极用一个大体积的介质瓶代替,形成了一种独特的三电极放电射流引出结构。可以产生大尺寸CH3I混合气体射流,而且具备了引导碘原子束流高效扩散的初步效果。