[發明專利]一種產生大氣壓均勻放電的裝置及方法

有效

• 申請號: 201310353011.3
• 申請日: 2013-08-14
• 公開（公告）號: CN103442507A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 李雪辰;狄聰
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 胡澎

技術領域

本發明涉及一種低溫氣體放電方法，具體地說是一種產生大氣壓均勻放電的裝置及方法。

背景技術

氣體放電產生的低溫等離子體具有非常廣泛的應用，例如在工業領域可以制作紫外光源、大面積平板顯示器，同時還可以用于微化學分析、生物醫學、材料表面改性和加工、環境污染物的處理等，在軍事上可用于飛行器減阻、航空器隱身等。因此，低溫等離子體技術是一個關系民生醫療、國家能源、環境、國防安全的重要技術。低溫等離子體應用雖如此廣泛，但它也有明顯的局限性。這是由于低溫等離子體一般產生在低氣壓下，因此需要真空設備和隨之而來的高昂維護費，同時真空裝置的存在不利于實現大規模流水線作業。這些都限制了等離子體技術的研究和應用。

發明內容

本發明的目的之一就是提供一種產生大氣壓均勻放電的裝置，以使低溫等離子體在大氣壓中產生，從而避開對真空裝置的依賴，減少低溫等離子體技術的研究成本，適于批量生產。

本發明的目的之二就是提供一種產生大氣壓均勻放電的方法，以在氣體消耗量較小的情況下產生大間隙、大氣壓均勻放電，進而降低運行費用。

本發明的目的之一是這樣實現的：一種產生大氣壓均勻放電的裝置，包括放電機構、供氣機構和高壓電源；

所述放電機構包括空心針電極、平板電極和玻璃管；所述空心針電極與所述高壓電源電連接，所述平板電極與地線相連接；所述空心針電極的后端插接在所述玻璃管的前端出氣口上，所述空心針電極的前端為放電端，并與所述平板電極的極板板面相對，所述玻璃管的后端進氣口連接所述供氣機構；

所述供氣機構包括供氣管路和向所述放電機構提供氮氣和/或惰性氣體的氣瓶或氣泵；所述供氣管路的一端與所述玻璃管相連通，所述供氣管路的另一端接所述氣瓶或所述氣泵；在所述供氣管路上設置有氣閥、氣壓表和流量計；

所述空心針電極與所述平板電極處于大氣環境中，在所述高壓電源接通使所述空心針電極帶電、并且在氮氣和/或惰性氣體注入并通過所述空心針電極噴出時，在所述空心針電極的放電端與所述平板電極之間形成的放電區域內即可產生大氣壓均勻放電。

所述平板電極設置在一個絕緣桌面上，極板板面向上；在所述絕緣桌面上設置有縱向導軌，在所述導軌上接有可定位的滑動支架，所述玻璃管固定在所述滑動支架上，使所述空心針電極的放電端向下指向所述平板電極。

在所述放電機構中包括有至少兩個所述空心針電極和與所述空心針電極數量相同的平板電極，所述空心針電極并聯連接后，再與所述高壓電源電連接；所述平板電極并聯連接后，再與地線相接；每個所述空心針電極插接在一個所述玻璃管前端的出氣口上，所述供氣機構中的所述氣瓶或氣泵為每個所述玻璃管提供氮氣和/或惰性氣體。

所述高壓電源為正極性直流高壓電源、負極性直流高壓電源或頻率為0~20MHz的交流高壓電源；所述高壓電源的峰值電壓為±50kV，所述高壓電源的峰值電流為100mA。

在所述高壓電源與所述空心針電極之間串接有50kΩ~50MΩ的鎮流電阻。

所述平板電極的極板板面為圓形或方形，所述平板電極的極板板面面積遠大于所述空心針電極放電端的端部面積。

所述空心針電極的放電端的端面為平面或錐面，所述空心針電極的放電端與所述平板電極極板板面之間的最大放電距離為10cm。

本發明的空心針電極和平板電極處于大氣環境中，空心針電極電連接高壓電源，平板電極接地，供氣機構通過玻璃管向空心針電極提供氮氣和/或惰性氣體，因此可在空心針電極的放電端與平板電極極板板面之間產生大氣壓均勻放電，由大氣壓均勻放電所產生的低溫等離子體脫離了對真空裝置的依賴，從而可降低生產成本，易于實現大規模工業化應用。

本發明的氮氣和/或惰性氣體沿空心針電極進入放電機構中的放電空間，氣體消耗量小，相比由噴槍產生的大氣壓均勻放電經濟性好。

本發明的兩個放電電極之間的間隙大，最大可達10cm，可清楚地觀測到放電等離子體；利用該裝置可以系統地研究在大氣壓下輝光、電暈及流光等放電等離子體的激發原理和影響因素，對大氣壓放電產生的等離子體技術的研究、教學以及工業化應用將會有積極的推廣作用。

通過對高壓電源極性、氮氣和/或惰性氣體流量、兩個放電電極的間距、空心針電極的內外半徑等不同參數的調控，可實現對所產生的大氣壓均勻放電的控制。在需要時，本發明還可以并聯多個放電機構，從而產生具有更大面積或更大體積的大氣壓均勻放電。本發明結構簡單，操作方便，價格低廉，適合批量生產，有利于工業化推廣應用。