滑动弧等离子体,在气体转化、污染控制和纳米材料合成等领域具有广泛的应用前景。首先在定弧长条件下,结合实验和模拟,研究了旋风滑动弧等离子体交流周期的伏安特性。然后在变弧长情况下,研究了旋风交流滑动弧等离子体弧通道的时空演化。进而,对旋风交流滑动弧等离子体合成TiO2的过程进行了诊断研究。最后,进行了旋风交流滑动弧等离子体一步快速合成介孔纳米晶TiO2的研究。主要的研究内容和研究结果如下:1.在定弧长滑动条件下,开展了旋风交流滑动弧等离子体伏安特性的实验和模拟研究。定义了表征交流周期旋风滑动弧放电特性的三个无量纲因子:熄灭因子、电流滞后因子和热滞后因子,并研究了交流频率的影响。熄灭因子随着交流频率的增大而逐渐减小。当交流频率较低时,电流滞后因子和热滞后因子随交流频率的增大,分别快速降低和升高;当交流频率超过40kHz,二者随交流频率的变化都变得非常缓慢。采用弧通道能量方程模拟计算得到的动态伏安特性曲线,与实验结果吻合较好。动态伏安特性曲线呈现双回滞环,且正负半周对称。在交流半周期内,动态伏安特性曲线由熄灭、重燃、伏安上升、负微分电阻和伏安下降五个阶段组成。随着交流放电频率从15 kHz增大至91 kHz,动态伏安特性曲线的回滞环逐渐收缩,伏安上升和下降阶段的伏安特性曲线逐渐靠近,直至完全重合为一条直线,负微分电阻特性逐渐消失。2.在变弧长滑动条件下,通过流场模拟、同步的电学测量、ICCD图像和高速成像手段,研究了旋风交流滑动弧等离子体弧通道的时空演化特性。交流电压峰值Up的波形,呈锯齿状且存在近似周期性变化。随着放电气体流量增大,滑动周期逐渐减小,滑动周期中Up的最小值和最大值均增大。在弧通道演化过程中,观察到了地电极弧根的跳跃现象。旋风交流滑动弧中地电极弧根通过前跳和后跳的耦合,实现弧通道的前进和净的后退。进一步研究阐明,弧尾的自断和再生行为,导致了地电极弧根的跳跃现象。当放电难以维持时,弧通道会自动摆脱弧尾;与此同时,新的弧尾借助弧芽完成再生。这种类似于壁虎的断尾求生策略,使弧通道的主体部分一直得以保留。弧尾的自断和再生行为,主要是由于高压电极和地电极瞬时弧根存在的相位差引起的。3.开展了旋风交流滑动弧等离子体合成TiO2过程的诊断研究。在空气流量为2 L/min条件下,弧通道以定弧长滑动。随着空气流量的增大,弧通道滑动向变弧长转变,其滑动周期随之逐渐缩短。对钛酸四异丙酯（TTIP）和二（2-羟基丙酸）二氢氧化二铵合钛（TALDH）这两种前驱体,在旋风交流滑动弧等离子体合成TiO2的发射光谱中,均观测到了 TiO中间物种在可见光区的四个跃迁辐射谱带:TiO α（C3Δ-X3Δ）,TiO β（c1Φ-a1 Δ）,TiO γ’（B3∏l-X3Δ）和ITiO γ（A3Φ-X3Δ）。相比于OH（A2∑+-X2∏i）和N2（C3∏u-B3∏g）。TiO γ（A3Φ-X3Δ）不受其它物种重叠谱带的干扰,可由这个分子谱带简便可靠的得出转动温度。TiO的转动温度为3000K,并以此作为弧通道气体温度,得出旋风交流滑动弧等离子体的平均电子能量为1.1 eV。4.以TTIP为前驱体,采用旋风交流滑动弧等离子体,一步快速合成了介孔纳米晶TiO2。N2吸脱附等温线呈现的H2型回滞环,以及SEM、HRTEM和SAXS表征,证实了合成的TiO2样品具有无序的类虫洞状介孔结构和优异的热稳定性。合成的介孔TiO2样品是高度晶化的,锐钛矿与金红石的质量比约为75/25。当放电气体流量由2L/min增大至5 L/min时,合成TiO2样品的介孔孔径从13.0 nm减小至7.4 nm,比表面积从30 m2/g上升至98 m2/g,锐钛矿晶粒粒径从31.0 nm减小至19.4 nm。在氧化脱除模拟空气中甲醛污染物和光解水产氢这两个反应中,合成的TiO2样品均展现了高的光催化活性。在光催化氧化甲醛反应中,STTIP-4样品甲醛转化率高达82%;在光催化分解水反应中,STTIP-4C样品的产氢速率高达108 μmol/h,高于商业化P25样品（89μmol/h）。采用添加乙醇的TALDH前驱体,在旋风交流滑动弧等离子体中,一步快速合成了介孔空心微球TiO2。空心微球TiO2的直径在微米量级,球壳厚度在几十至一百多纳米范围,球壳表面介孔尺寸在几十纳米。乙醇的加入,不仅极大地促进了球壳上介孔的形成,而且显著提高了样品的晶化度和瞬态光电流。