[發明專利]一種大氣壓空氣中產生大間隙、大面積均勻放電等離子體的裝置及使用方法

有效

• 申請號: 201710492494.3
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107135597B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 郭宏飛;劉一荻;樊智慧;王玉英;閆慧杰;任春生
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

本發明提供一種大氣壓空氣中產生大間隙、大面積均勻放電等離子體的裝置及使用方法，屬于大氣壓低溫等離子體技術領域。裝置包括上電極、上介質板、下電極、下介質板、金屬柱、風道系統和納秒脈沖電源，有兩種形式：一種上、下電極結構對稱，另一種上、下電極結構不對稱。上、下介質板之間的距離為放電間隙，放電間隙為1?15mm，通過墊片調整；金屬柱與放電間隙等高度，放置于放電間隙之間；風道系統放置于裝置整個裝置的側面，用于向放電間隙引入氣流。本發明能夠實現放電間隙為5?10mm的均勻放電，在大氣壓空氣中產生大間隙、大面積均勻放電等離子體。

技術領域

本發明屬于大氣壓低溫等離子體技術領域，涉及一種大氣壓空氣中產生大間隙、大面積均勻放電等離子體的裝置及使用方法。

背景技術

在工業生產中，一般會采用在技術上較容易控制的氣體放電方式產生低溫等離子體。氣體放電產生的等離子體的形式主要有電暈放電、弧光放電、輝光放電和介質阻擋放電等幾種。電暈放電產生的低溫等離子體主要分布在極不均勻電場中的強電場區域，不適于工業大規模應用，而且電暈放電較弱，產生等離子體及活性粒子的效率太低。弧光放電因產生的等離子體的溫度過高，從而限制了其在工業生產中的應用。輝光放電一般在低氣壓下進行，需要真空系統，在工業化處理過程中需要不斷的打開真空室取出成品，添加試品，難以連續生產，生產效率低。最適合工業生產應用的是大氣壓下的介質阻擋放電。

介質阻擋放電的特點是在電極間安插介質，這樣可以防止在放電空間形成局部火花或者弧光放電，其工作氣壓范圍很寬，可以在大氣壓下產生穩定的低溫等離子體。目前，介質阻擋放電在臭氧的生成、材料的表面改性、殺菌消毒、新型光源、薄膜沉積、電磁波屏蔽、環境保護等工業領域具有廣泛的應用前景。大氣壓下的介質阻擋放電有兩種放電模式，即絲狀放電和均勻放電。絲狀介質阻擋放電在放電空間存在大量的高能量密度的電流細絲，其不均勻性和能量密度集中性限制了其在很多工業領域的應用前景，如材料表面改性、薄膜沉積、殺菌消毒、廢氣處理等。對于強調均勻性的應用，放電的不均勻性會導致材料處理不均勻；對于不強調均勻性的應用，絲狀放電的效率低。因此，相比于大氣壓絲狀介質阻擋放電，大氣壓空氣中形成的均勻介質阻擋放電在節約成本、提高生產效率以及優化處理效果等方面都體現著明顯的優勢。

目前，采用傳統的平行板結構能夠產生大氣壓均勻的介質阻擋放電，但是工作氣體主要集中在惰性氣體和氮氣中，其中惰性氣體的價格昂貴，而且氮氣作為工作氣體，需要密閉的工作腔室。這不僅增加了生產成本而且降低了生產效率。因此，最適合大規模工業應用的便是在大氣壓空氣中實現均勻介質阻擋放電。

然而，在大氣壓空氣中實現均勻的介質阻擋放電相對較難，這是因為空氣是由氮氣、氧氣和水蒸氣等氣體組成的混合氣體。空氣中介質阻擋放電電離產生少量的激發態粒子會與電負性的氧氣分子發生反應而快速消失。另外電負性的氧氣分子還會吸附電子，導致放電空間的自由電子減少，形成流注放電。現有研究結果表明在大氣壓下實現空氣均勻介質阻擋放電的間隙均小于5mm。當放電間隙大于5mm時，無論選擇何種電源激勵，得到的只能是絲狀放電而非均勻放電。有理論計算證明當空氣間隙大于5mm時，如果不設法降低擊穿場強，將無法產生空氣中均勻介質阻擋放電。

而本申請采用簡單改進的介質阻擋放電結構，能夠在大氣壓空氣間隙5-10mm范圍內產生大面積均勻介質阻擋放電等離子體，對未來的工業化應用發揮著一定的作用。

發明內容

針對現有技術不能在空氣間隙大于5mm產生均勻介質阻擋放電的困難，本發明提供一種大氣壓空氣中產生大間隙、大面積均勻放電等離子體的裝置及使用方法。

本發明的技術方案為：

一種在大氣壓空氣中產生大間隙、大面積均勻等離子體的裝置，該裝置包括上電極、上介質板、下電極、下介質板、金屬柱、風道系統和納秒脈沖電源。裝置具有兩種結構形式，能夠得到相同的實驗現象，即在大氣壓空氣中實現放電間隙為5-10mm的均勻介質阻擋放電。