[實(shí)用新型]大氣壓誘導(dǎo)空氣介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體發(fā)生裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220529210.6
• 申請(qǐng)日: 2012-10-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203015262U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯潔;段憶翔;趙衛(wèi);王屹山;姜煒曼;李世博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): H05H1/24
• 分類號(hào): H05H1/24
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 陳廣民

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種低溫等離子體發(fā)生裝置，可應(yīng)用于大面積物質(zhì)表面改性和滅菌消毒。

背景技術(shù)

近年來(lái)，等離子體技術(shù)(等離子體處理工藝)被廣泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體制造、物質(zhì)材料表面清理與改良，殺菌等工業(yè)領(lǐng)域。等離子體技術(shù)在上述眾多工業(yè)領(lǐng)域的成功應(yīng)用緣于等離子體的非平衡特性。在非平衡態(tài)等離子體體系中，存在著大量的低溫化學(xué)活性物種，當(dāng)這些活性物種與其它物質(zhì)表面接觸時(shí)，能夠在不影響這些物質(zhì)整體性質(zhì)的情況下，改良物質(zhì)表面特性。

在傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域中，主要依靠低壓輝光放電非平衡等離子體進(jìn)行材料處理，而該等離子體產(chǎn)生過(guò)程需要昂貴的真空設(shè)備，還存在被處理樣品與真空裝置兼容困難的不利因素。巨大金額真空設(shè)備的投資，較高設(shè)施維護(hù)修理費(fèi)用以及操作控制的復(fù)雜性等因素限制了低壓輝光放電非平衡等離子體處理工藝的大范圍使用。

相對(duì)帶有真空設(shè)備的低壓輝光放電等離子體發(fā)生裝置而言，大氣壓氣體放電等離子體表面處理設(shè)備省去了真空裝置，在常壓大氣環(huán)境中，就能對(duì)樣品進(jìn)行表面處理。此表面處理技術(shù)不僅降低了運(yùn)行成本，而且提高了工作效率。常見(jiàn)的大氣壓氣體放電形式有電暈放電、電弧和介質(zhì)阻擋放電(DBD)。對(duì)于等離子體表面處理在工業(yè)上的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，電暈和電弧都不適用。電暈通常是發(fā)生在極不均勻和強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域的小范圍空間內(nèi)，且放電較弱，產(chǎn)生等離子體及活性粒子的效率太低；而電弧的高溫將損壞被處理的材料。DBD等離子體已經(jīng)被用于等離子體表面處理，但傳統(tǒng)的介質(zhì)阻擋放電等離子體發(fā)生裝置有兩個(gè)重要的缺點(diǎn)：DBD是由一些放電細(xì)絲組成，難以對(duì)材料表面進(jìn)行均勻處理；DBD放電細(xì)絲直徑很小，但電流密度很大，其功率密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出1W/cm³，可能使樣品表面燒蝕或穿孔，故而限制了DBD在表面處理上的應(yīng)用。

為獲得功率密度適中(幾百mW/cm³)、放電均勻彌散的放電，近幾十年來(lái)，人們都致力于大氣壓類輝光放電(APGD)等離子體設(shè)備的研發(fā)，這類介質(zhì)阻擋放電有預(yù)期形成均勻彌散的放電，在放電形態(tài)上與通常的輝光放電相似。

然而目前報(bào)道的僅僅是為數(shù)不多的幾種大氣壓等離子體發(fā)生裝置。其中，大氣壓等離子體射流(APPJ)潛在的應(yīng)用價(jià)值最大。它一般采用交流和脈沖放電方式，在有絕緣介質(zhì)隔離的兩電極直接(有時(shí)使用單電極)發(fā)生放電產(chǎn)生等離子體，憑借氣體的流動(dòng)將等離子體帶出放電腔體之外，形成等離子體射流。此工作氣體常局限于惰性氣體(氦氣和氬氣等)和氮?dú)猓辉诒匾臅r(shí)候，還需添加少量的活性氣體，比如氧氣、碳氟化合物(四氟化碳等)、碳氟氧化物和鹵素等。雖然APPJ很容易與被處理物體表面接觸，有利于提高活性物種的利用率，但APPJ的尺寸受到限制，很難獲得大體積的等離子體射流，來(lái)提高等離子體表面處理效率。近幾年來(lái)，人們也嘗試以空氣作為工作氣體，在大氣環(huán)境中產(chǎn)生類輝光等離子體。但其工作狀況極不穩(wěn)定，彌散的均勻放電很容易就轉(zhuǎn)變成絲狀放電。其他大氣壓等離子體(比如射頻放電產(chǎn)生的等離子體)也兼有低壓等離子體的一些特性，但其產(chǎn)生的等離子體溫度較高，在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用，比如材料處理當(dāng)中，受到了很大的限制。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型旨在提供一種大氣壓誘導(dǎo)空氣介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體發(fā)生裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中大氣壓等離子體發(fā)生裝置工作時(shí)產(chǎn)生的等離子體氣流溫度較高、體積較小和表面處理效率低下，導(dǎo)致難以在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)以上實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型提供以下基本技術(shù)方案：

一種大氣壓誘導(dǎo)空氣介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體發(fā)生裝置，包括具有介質(zhì)阻擋放電電極結(jié)構(gòu)的放電單元和接于放電單元前端的窄縫腔體，所述放電單元包括相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)平板電極，其中一個(gè)為高壓電極，另一個(gè)為接地電極，在高壓電極的內(nèi)側(cè)平面固定設(shè)置有用以限制兩平板電極之間放電電流的絕緣介質(zhì)平板；待處理樣品為平板狀，與絕緣介質(zhì)平板平行相對(duì)、活動(dòng)安裝于接地電極的內(nèi)側(cè)平面上；所述窄縫腔體具有用以接入誘導(dǎo)氣體的進(jìn)氣端口和窄縫狀的出氣端口，出氣端口嵌入絕緣介質(zhì)平板與待處理樣品之間。

基于上述基本技術(shù)方案，本實(shí)用新型還作了如下優(yōu)化限定和改進(jìn)。

上述誘導(dǎo)氣體最好為惰性氣體，誘導(dǎo)氣體較適宜的流量為0.01～10L/min。

上述誘導(dǎo)氣體優(yōu)選采用氦氣、氬氣或者兩者的混合。

上述放電單元的放電間隙(絕緣介質(zhì)平板與待處理樣品之間)最好為0.1mm～1cm；窄縫腔體的出氣端口的縫隙為0.5～5mm，并小于放電間隙。

對(duì)于上述高壓電極，提供交流或脈沖電壓，頻率為50Hz至13.56MHz，電壓幅值為100～10000V，放電電流控制在0.1～500mA。