随着非热平衡等离子体在诸多实际应用领域的不断发展,人们对非平衡等离子体技术产生了更加苛刻的要求。以往,多数类型的非平衡等离子体产生于低气压或者惰性气体环境,这必然要为等离子体发生装置配备复杂且体积较为庞大的真空系统或惰性气体瓶,增加了实际使用成本,限制了其应用范围。虽然采用介质阻挡的方法可以在大气压空气中获得非热平衡的低温等离子体(即介质阻挡放电),但是,一方面,阻挡介质的引入很可能对等离子体产生污染；另一方面,激发原理的限制往往使这种放电局限在狭小的间隙中。近年来,随着脉冲功率技术的快速发展,有研究者开始尝试将脉冲功率技术移植到低温等离子体领域,试图在不使用惰性气体、真空设备以及阻挡介质的条件下,采用多级磁压缩的方法产生高压重频纳秒脉冲,以直接激发空气的方式,在常温常压下获得的一种非平衡等离子体,通常被称为大气压空气弥散放电。然而,通过大量的研究发现,这种非平衡等离子体很不稳定,电极之间极易产生电弧,从而使放电由非平衡态转换到平衡态。不仅如此,目前通过这种方法得到的等离子体放电区域狭小,均匀性很难保证,因而国内外对其实际应用的研究也鲜有报道。因此,有必要对该放电模式的放电机理、放电特性以及实际应用效果等方面进行深入研究。本文以大气压空气弥散放电为研究对象,开展了以下几个方面的研究工作：首先,以产生稳定的大气压空气弥散放电及其实际应用为目标,用性价比较高的Tesla变压器与气体陡化开关结构替代以往较为昂贵的多级磁压缩装置,设计了重频纳秒脉冲源,并以此为核心成功地研制了百赫兹级大气压空气弥散等离子体发生器。脉冲源输出脉冲电压的峰值约为65kV,上升沿约为30ns,脉冲重复频率1-500Hz可调,脉冲的半峰全宽高达750ns。再通过匹配“线-线”电极结构,成功地获得了大气压空气弥散等离子体,突破了以往研究中认为的只有在极窄脉冲的激发下(几纳秒到几十纳秒)才能产生大气压空气弥散等离子体的结论。其次,结合电学、光学及光谱学等诊断方法,分析了“线-线”电极结构下重频纳秒脉冲放电独特的物理机制,研究了不同电学参数和不同线电极结构对大气压空气弥散等离子体放电形态、放电模式、均匀性和稳定性等的影响。研究结果表明,长线电极结构有利于抑制电弧的形成,而短线电极结构有利于增强线电极间隙中等离子体的能量。该结论为获得稳定的大面积常温常压空气等离子体提供了新的思路。为了进一步研究大气压空气弥散等离子体的物理化学活性及空间均匀性,本文采用光谱学方法测量并计算了线电极间转动温度、振动温度以及发光强度的空间分布,并按照不同的放电发展过程将其分成了四个阶段,通过分析不同阶段的光谱特性,给出了提高放电稳定性和均匀性的办法。第三,基于自行设计的新型重频纳秒脉冲源,分析了线电极阵列结构下获得三维大体积弥散等离子体的可能性,分别采用三维可扩展交叉平行矩形阵列结构、维可扩展无暗区圆筒状阵列结构以及一种全封闭笼形结构,均获得了三维大体积弥散等离子体。其中交叉平行矩形阵列结构的尺寸可达18×15×15cm3,并且可以通过增加线电极根数和长度的方式在三维空间中进一步扩展放电体积；无暗区圆筒状阵列结构的直径为8cm,且可以采用增加线电极长度的方式在圆筒高度方向扩展放电体积。本文还对每种结构的放电形态、物理机制、均匀性和稳定性等影响因素进行了研究,为不同应用对象提供多样的电极结构选择。第四,以尼龙纤维布为处理对象,采用一维可扩展无暗区大体积圆筒状线电极阵列结构,研究了不同放电参数下大气压空气弥散等离子体对尼龙表面物理、化学以及杀菌性能的影响。分别使用芯吸效应法、原子力显微镜、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对处理前后的尼龙材料亲水性能、微观结构以及官能团的变化进行了测试。并以自然界中较为普遍大肠杆菌作为实验菌种,研究了不同放电参数下大气压空气弥散等离子体对尼龙材料表面杀菌性能的影响。研究结果表明：经数秒的处理,尼龙纤维表面便带有很好的亲水性能,大肠杆菌的菌落数也会大幅降低。这证明了线电极阵列结构下大气压空气弥散等离子体具有较高的实用价值。