[發明專利]一種空心電極介質阻擋結構

有效

• 申請號: 201510313424.8
• 申請日: 2015-06-09
• 公開（公告）號: CN104936371B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 于雙;王凱樂;張玨;方競
• 申請（專利權）人: 北京三十四科技有限公司
• 主分類號: H05H1/26
• 分類號: H05H1/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種氣體放電結構，特別是關于一種用于形成空氣等離子體射流的空心電極介質阻擋結構。

背景技術

等離子體是物質的第四態，通常由正離子、中性粒子和電子組成。一般等離子體根據溫度可以分為高溫等離子體和低溫等離子體，低溫等離子體又可以分為熱等離子體和冷等離子體。熱等離子體中所有粒子的溫度都一樣，而冷等離子體中電子的溫度高達數萬度，而離子和中性粒子的溫度遠小于電子溫度，因此整體溫度比較低。冷等離子體中有豐富的活性基團，可以廣泛用于材料表面改性、納米材料制備、生物醫學應用以及環境工程等領域。

冷等離子體通常由電暈或介質阻擋放電結構激發產生。傳統介質阻擋放電結構由兩平行電極板組成，至少其中一個電極板內表面被絕緣介質材料覆蓋，用以限制放電電流或避免電弧的出現。為保證穩定的放電模式，兩電極間一般限制在幾個毫米的寬度。氣流以垂直于電場的方向流入放電間隙中，通過正弦或脈沖電源激發形成放電。常見介質阻擋放電除平板結構還有同軸結構，但是由于放電間隙極為小，因此被處理物品的形狀和大小就收到了限制。后來又將被處理物品放于放電結構出氣端，雖然被處理物品的尺寸限制減小了，但由于等離子體中許多活性成分的壽命非常短暫，使得等離子體還沒到達處理表面就已經消失活性，大大降低處理效率。正因如此，大氣壓低溫等離子體射流裝置的研究備受關注；目前，以介質阻擋放電為原理的大氣壓低溫等離子體射流裝置可以分為兩大類：1、絕緣管外壁分別纏繞高壓極和地極，或僅纏繞高壓極。如圖1所示，M.Teschke et.al.“High-Speed Photographs of a Dielectric Barrier Atmospheric Pressure Plasma Jet”IEEE Trans.Plasma Sci.33(2),310-311(2005)中第一次描述了以氦氣為工作氣體的等離子體射流裝置，該結構包括高壓電極2和地極3纏繞在介質管1的外表面，形成介質阻擋放電結構。工作時，交流電源4調至13kHz頻率，7kV高壓，氦氣5以16.5m/s的速度由進氣口7通過介質管形成等離子體射流6。2、絕緣管中心插入高壓極，而絕緣管外壁纏繞地極。如圖2所示，X.P.Lu et.al.“An 11cm long atmospheric pressure cold plasma plume for applications of plasma medicine”Appl.Phys.Lett.92,081502(2008)中介紹了可噴射長達11cm的等離子體射流裝置，該結構包括高壓電極2插于介質管1的中央，地極3纏繞于介質管外壁，形成介質阻擋放電結構。工作氣體為氦氣5，以15l/min的速度通過介質管，40kHz頻率和5kV電壓的電源4作用于高壓電極2上，激發后產生11cm長的等離子體射流6。上述兩種介質阻擋放電射流結構廣泛應用，但是這兩種結構僅能激發稀有氣體或含有稀有氣體的混合氣體，不能激發空氣。

空氣中含有豐富的氮氣和氧氣分子，且空氣免費使用，因此空氣等離子體射流裝置更被人們期待。但是氮氣和氧氣都是雙原子分子，轉動能級和振動能級都比電子能級小，從電場中獲得的能量會有限被轉動能級和振動能級吸收，剩余的能量才會用來離化分子；同時，氧氣分子有較強的電負性，因此，激發空氣的難度大大增加。目前常見的等離子體空氣射流裝置均是以電暈放電制作而成，如Z.Machala et.al.”Transverse dc Glow Discharges in Atmospheric Pressure Air”IEEE Trans.PlasmaSci.33320(2005)中介紹的空氣射流裝置(如圖3所示)，該裝置由20kV直流電源4串聯120MΩ電阻8用于激發空心高壓極2，產生等離子體射流6。而由于電暈放電和介質阻擋放電機理不同，通常電暈放電等離子體電子密度在10¹⁰/cm³，而介質阻擋放電等離子體射流電子密度10^12-14/cm³。因此，基于介質阻擋放電的大氣壓空氣等離子體射流更為期待。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種空心電極介質阻擋結構，其具有較強的反沖效應，可有效激發空氣且電子密度高達10¹⁵/cm3數量級。而且，該阻擋結構激發形成的等離子體射流溫度接近室溫，人體可以不受電擊地安全觸摸，且空心放電結構周圍幾乎無臭氧。