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纳秒脉冲介质阻挡放电因具有能量利用率高、均匀性好、等离子体电子温度高和气体温度接近室温等优点,成为近年来的研究热点。本文在大气压氮气和空气中利用具有20ns上升沿的双极性纳秒脉冲电源,在针-板、多针-板和板-板电极结构中产生了弥散介质阻挡放电等离子体,主要研究内容如下：1.针-板电极结构中,在大气压空气中利用双极性纳秒脉冲介质阻挡放电产生了气体温度接近室温的弥散等离子体。在强电磁干扰环境下测量了纳秒脉冲放电等离子体的发射光谱、N2(C3Πu→B3Πg,0-0)光电流波形和脉冲电压波形,利用N2+(B2Σu+→X2Σg+0-0)发射光谱拟合计算了纳秒脉冲放电等离子体气体温度,通过N2(C→B)光电流波形与脉冲电压波形讨论了双极性纳秒脉冲介质阻挡放电机理,并研究了脉冲峰值电压、脉冲重复频率、电极间隙和空气中O2对放电均匀性、等离子体气体温度和发射光谱特性的影响。结果表明,双极性纳秒脉冲放电中正脉冲放电只出现一次主要放电,N2(C→B)光电流波形中出现一个滞后电压脉冲峰约80ns、脉宽约50-60ns的光电流强度峰,N2(C→B)光电流峰与脉冲电压峰的滞后时间随电压增长保持不变；负脉冲放电中,N2(C→B)光电流峰出现在脉冲下降沿的拖尾上,当脉冲峰值电压为16kV时,N2(C→B)光电流峰与脉冲电压峰的滞后时间是正脉冲放电中的50倍,且滞后时间随着脉冲峰值电压的升高而迅速缩短。2.通过增加针电极数量,在大气压空气中实现了较大面积的弥散双极性纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体,并研究了针-板电极间隙、脉冲峰值电压和脉冲重复频率对等离子体分布面积、等离子体气体温度等特性和N2(C→B)发射光谱强度在水平方向上空间分布的影响。研究表明双针-板电极结构纳秒脉冲介质阻挡放电的放电体积随脉冲峰值电压的升高而增大,但随脉冲重复频率的升高基本保持不变。值得一提的是,双针-板和多针-板板电极结构下弥散型放电可以在每个针与板之间间距不相等的情况下产生,放电在各个针-板间隙相对独立,可应用于不平整材料表面改性。3.板-板电极结构中,利用双极性纳秒脉冲电压来驱动产生大气压氮气和空气中稳定的双极性纳秒脉冲均匀介质阻挡放电等离子体。在强电磁干扰的情况下,测量了纳秒脉冲均匀放电图像及单脉冲放电图像、脉冲电压波形、电流波形、光电流波形和等离子体发射光谱,通过N2(C→B)发射光谱拟合计算了等离子体的气体温度,利用脉冲电压波形、电流波形和光电流波形分析了双极性纳秒脉冲介质阻挡放电的击穿机理,研究了脉冲峰值电压、脉冲重复频率和电极间隙对等离子体气体温度和NO (A2Σ→X2Π)、OH(A2Σ→X2Π)、N2(C3Π→B3Πg)发射光谱强度和的影响。结果表明,纳秒脉冲放电脉冲峰值电压、脉冲重复频率和电极间隙对等离子体气体温度存在较小的影响,气体温度随脉冲峰值电压、脉冲重复频率和电极间隙的升高或增加出现轻微升高,但始终保持在接近室温的范围内。NO(A→X)、OH(A→X)和N2(C→B)发射光谱强度均随脉冲峰值电压和脉冲重复频率的升高而增强；当电极间隙为2.5mm时,NO(A→X)、OH(A→X)和N(C→B)发射光谱强度出现极大值,当电极间隙大于2.5mm时,NO(A→X)、OH(A→X)和N2(C→B)发射光谱强度随电极间隙的增大而减小。论文还讨论了O2对大气压氮气均匀纳秒脉冲放电的影响,O2对介质阻挡放电的均匀性和放电强度存在明显的抑制作用,但是,少量O2(03%)的加入可以促进等离子体中NO、OH等活性成分的产生。4.利用板-板电极结构和针-管电极结构,成功的在大气压空气中产生了均匀的双极性纳秒脉冲介质阻挡放电,并分别应用于提高丙纶(PP)无纺布表面亲水性和真菌、放线菌的杀灭处理上。板-板电极结构中,大气压空气中均匀纳秒脉冲介质阻挡放电可以在3mm的电极间隙下产生,与传统的正弦交流介质阻挡放电相比,纳秒脉冲介质阻挡放电具有较好的均匀性和较高的能量利用率,处理丙纶无纺布使表面水接触角由150°降至110°,纳秒脉冲介质阻挡放电平均注入能量密度不足正弦交流介质阻挡放电的1/20,且对材料表面无任何损伤。通过利用特殊的电极结构,在石英瓶和培养皿内部产生了弥散的双极性纳秒脉冲放电,并实现对培养液和固体附着物的高效杀菌,该结构实验装置成功的应用于华北制药集团培养液和纱布中的真菌、放线菌灭杀上,具备杀菌效率高、需要时间短等优点。5.利用在大气压He中获得的较大电极间隙中的均匀介质阻挡放电等离子体,测量了大气压He均匀介质阻挡放电发射光谱及He(3s3S→2p3P)、N2(C→B)、N2÷(B→X)和OH(A→X)空间分辨光谱及归一化空间分布,研究了应用电压和驱动频率对He(3s3S→2p3P)发射光谱强度空间分布特性的影响,利用归一化空间分辨光谱讨论了OH、N2+等激发态离子的主要生成和淬灭机制,并从实验上验证了大气压He均匀介质阻挡放电中不对称模式的存在。结果表明He(3s3S→2p3P)、N2(C→B)、 N2+(B→X)和OH(A→X)光谱发射强度在距离上电极1mm和6mm处出现两个最大值,这两个位置的发射光谱强度是距离上电极3-4mm处发射光谱强度的2-3倍。杂质气体(N2)的加入可以导致大气压He均匀介质阻挡放电的模式发生变化,当N2浓度为百ppm量级时,尽管采用了对称的电极结构,正半周期的放电电流幅值要明显大于负半轴的幅值,与之对应的,He(3s3S→2p3P)、N2(C→B)、N2+(B→X)和OH(A→X)发射光谱强度空间分布也出现不对称结构。