[發(fā)明專利]預(yù)電離大氣壓低溫等離子體射流發(fā)生器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910010111.X
• 申請(qǐng)日: 2009-01-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101466194A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任春生;王德真
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H05H1/26
• 分類號(hào): H05H1/26;H01J37/32
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心
• 代理人: 侯明遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于等離子體放電反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種預(yù)電離結(jié)構(gòu)的大氣壓低溫等離子體射流發(fā)生裝置。

背景技術(shù)

低溫等離子體空間富集的離子、電子、激發(fā)態(tài)原子、分子及自由基都是極活潑的反應(yīng)性物種，這些活性粒子數(shù)量大、種類多、活性高，易于和所接觸的材料表面發(fā)生反應(yīng)，因此近年來(lái)，低溫等離子體在滅菌消毒、表面改性(改善紙張、薄膜、紡織品以及纖維的可濕性、吸水性、印染性、粘著性和導(dǎo)電性等方面的性質(zhì))、薄膜沉積、刻蝕加工、器件清洗等領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前，多數(shù)低溫等離子體是在幾百帕的低氣壓下通過(guò)氣體放電產(chǎn)生的，但對(duì)于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，低氣壓等離子體存在兩個(gè)重要缺點(diǎn)：(1)放電和反應(yīng)室處于低氣壓狀態(tài)，需采用真空系統(tǒng)，投資高且應(yīng)用復(fù)雜。(2)分批處理效率低，需要不斷地打開(kāi)真空室取出成品添加試品，然后重新抽真空充入工作氣體，難于連續(xù)生產(chǎn)。因此，更適合用于大規(guī)模低溫生產(chǎn)應(yīng)用的是大氣壓下形成的低溫等離子體。

大氣壓低溫等離子體射流是近年來(lái)興起的一種新型大氣壓類輝光等離子體發(fā)生技術(shù)，這種技術(shù)可以將微小空間內(nèi)的放電加以擴(kuò)大并引出，形成較為開(kāi)闊的大氣壓類輝光放電等離子體。應(yīng)用多種工作氣體及其混合氣體都可以有效地產(chǎn)生冷等離子體射流，具有擊穿電壓較低、離子和亞穩(wěn)態(tài)分子濃度較高、電子溫度高、中性分子溫度低、產(chǎn)生的等離子體中均勻部分較大、可控性好等特點(diǎn)，是目前國(guó)際上等離子體應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)大氣壓低溫等離子體射流裝置通常工作在He、Ar、O₂等氣體與氣體混合中，為了得到高的處理效率，希望射流產(chǎn)生的化學(xué)活性成分濃度越高越好，但在射流中加入過(guò)多的O₂會(huì)導(dǎo)致放電擊穿與維持電壓升高，放電容易不穩(wěn)定，從而過(guò)渡到弧放電，所以極大限制了處理效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種預(yù)電離大氣壓低溫等離子體射流發(fā)生器，主要通過(guò)預(yù)電離方式降低O₂放電的擊穿與維持電壓，從而提高射流中的O₂流量，獲得高化學(xué)活性的大氣壓低溫等離子體射流。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：以Ar、O₂混合氣體為工作氣體，可在常壓開(kāi)放空氣環(huán)境中獲得均勻穩(wěn)定的大氣壓輝光放電低溫等離子體射流。該裝置的主體部分是一根下端開(kāi)放的毫米量級(jí)主石英管，規(guī)格為長(zhǎng)120mm，內(nèi)徑5.0mm，外徑7.0mm，在石英管開(kāi)口端上部15-25mm處有一變經(jīng)，在20mm處變?yōu)樽罴?xì)，內(nèi)經(jīng)3.0mm，外經(jīng)4.0mm；另一端封閉并在內(nèi)部安裝一細(xì)的石英管，規(guī)格為長(zhǎng)95mm，內(nèi)徑2.0mm，外徑3.0mm；在細(xì)石英管內(nèi)部再接一用于預(yù)電離放電的針頭，規(guī)格為長(zhǎng)45mm，內(nèi)徑0.5mm，外徑1.0mm。在針頭內(nèi)部通入Ar氣，氣體流量可在0.08-0.4m³/h之間變化。在主石英管封閉端下方30mm處側(cè)部有一進(jìn)氣口，在這里通入O₂，流量可在0.08-0.13m³/h之間變化。在距主石英管開(kāi)口端上方20mm變經(jīng)處纏繞一金屬環(huán)，這一金屬環(huán)與針頭都接電源的高壓輸出端，是高壓電極。距主石英管開(kāi)口端下方15mm處有一金屬電極，這一電極是接地電極，其上部表面被一絕緣介質(zhì)所覆蓋。通過(guò)施加交流電壓，針電極作為單電極放電可以產(chǎn)生放電等離子體，然后該放電等離子體在Ar氣流的吹動(dòng)下沿著細(xì)石英管內(nèi)部遷移，到達(dá)細(xì)石英管下方開(kāi)口處并射出，同時(shí)也到達(dá)環(huán)狀電極與地電極之間的主石英管放電區(qū)，為此區(qū)域放電提供種子電子。通過(guò)調(diào)節(jié)外加電壓及工作Ar、O₂氣體流量，可在環(huán)狀電極與接地電極之間獲得均勻穩(wěn)定的大氣壓輝光放電低溫等離子體射流。

本發(fā)明的效果和益處在于：利用單針管放電作為預(yù)電離技術(shù)，使環(huán)狀電極與地電極之間的主放電的擊穿與維持電壓都大大降低，有利于穩(wěn)定的氧氣放電的產(chǎn)生與維持，所以可以有效提高放電中的氧氣流量，產(chǎn)生高濃度氧原子，從而提高處理效率。本發(fā)生器產(chǎn)生的放電等離子體射流具有溫度適中、放電功率大、放電穩(wěn)定、O活性成分濃度高、連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

附圖是預(yù)電離結(jié)構(gòu)的大氣壓低溫等離子體射流發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

101.流量計(jì)，用于控制輸入針電極的Ar工作氣體流量。

102.流量計(jì)，用于控制輸入環(huán)狀電極的O₂工作氣體流量。

103.針電極，產(chǎn)生預(yù)電離放電等離子體。

104.細(xì)石英玻璃管，針電極產(chǎn)生的放電等離子體沿著此石英管進(jìn)行遷移并到達(dá)主石英管變經(jīng)處，為主放電提供種子電子。