[發(fā)明專利]一種大氣壓空氣中產(chǎn)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(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710492494.3
• 申請(qǐng)日: 2017-06-26
• 公開（公告）號(hào): CN107135597B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭宏飛;劉一荻;樊智慧;王玉英;閆慧杰;任春生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H05H1/24
• 分類號(hào): H05H1/24
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

本發(fā)明提供一種大氣壓空氣中產(chǎn)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(shù)領(lǐng)域。裝置包括上電極、上介質(zhì)板、下電極、下介質(zhì)板、金屬柱、風(fēng)道系統(tǒng)和納秒脈沖電源，有兩種形式：一種上、下電極結(jié)構(gòu)對(duì)稱，另一種上、下電極結(jié)構(gòu)不對(duì)稱。上、下介質(zhì)板之間的距離為放電間隙，放電間隙為1?15mm，通過墊片調(diào)整；金屬柱與放電間隙等高度，放置于放電間隙之間；風(fēng)道系統(tǒng)放置于裝置整個(gè)裝置的側(cè)面，用于向放電間隙引入氣流。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)放電間隙為5?10mm的均勻放電，在大氣壓空氣中產(chǎn)生大間隙、大面積均勻放電等離子體。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于大氣壓低溫等離子體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種大氣壓空氣中產(chǎn)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(shù)

在工業(yè)生產(chǎn)中，一般會(huì)采用在技術(shù)上較容易控制的氣體放電方式產(chǎn)生低溫等離子體。氣體放電產(chǎn)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(zhì)阻擋放電等幾種。電暈放電產(chǎn)生的低溫等離子體主要分布在極不均勻電場中的強(qiáng)電場區(qū)域，不適于工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用，而且電暈放電較弱，產(chǎn)生等離子體及活性粒子的效率太低。弧光放電因產(chǎn)生的等離子體的溫度過高，從而限制了其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。輝光放電一般在低氣壓下進(jìn)行，需要真空系統(tǒng)，在工業(yè)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(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低。最適合工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的是大氣壓下的介質(zhì)阻擋放電。

介質(zhì)阻擋放電的特點(diǎn)是在電極間安插介質(zhì)，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(chǎn)生穩(wěn)定的低溫等離子體。目前，介質(zhì)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(huán)境保護(hù)等工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。大氣壓下的介質(zhì)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(zhì)阻擋放電在放電空間存在大量的高能量密度的電流細(xì)絲，其不均勻性和能量密度集中性限制了其在很多工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景，如材料表面改性、薄膜沉積、殺菌消毒、廢氣處理等。對(duì)于強(qiáng)調(diào)均勻性的應(yīng)用，放電的不均勻性會(huì)導(dǎo)致材料處理不均勻；對(duì)于不強(qiáng)調(diào)均勻性的應(yīng)用，絲狀放電的效率低。因此，相比于大氣壓絲狀介質(zhì)阻擋放電，大氣壓空氣中形成的均勻介質(zhì)阻擋放電在節(jié)約成本、提高生產(chǎn)效率以及優(yōu)化處理效果等方面都體現(xiàn)著明顯的優(yōu)勢。

目前，采用傳統(tǒng)的平行板結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生大氣壓均勻的介質(zhì)阻擋放電，但是工作氣體主要集中在惰性氣體和氮?dú)庵校渲卸栊詺怏w的價(jià)格昂貴，而且氮?dú)庾鳛楣ぷ鳉怏w，需要密閉的工作腔室。這不僅增加了生產(chǎn)成本而且降低了生產(chǎn)效率。因此，最適合大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的便是在大氣壓空氣中實(shí)現(xiàn)均勻介質(zhì)阻擋放電。

然而，在大氣壓空氣中實(shí)現(xiàn)均勻的介質(zhì)阻擋放電相對(duì)較難，這是因?yàn)榭諝馐怯傻獨(dú)狻⒀鯕夂退魵獾葰怏w組成的混合氣體。空氣中介質(zhì)阻擋放電電離產(chǎn)生少量的激發(fā)態(tài)粒子會(huì)與電負(fù)性的氧氣分子發(fā)生反應(yīng)而快速消失。另外電負(fù)性的氧氣分子還會(huì)吸附電子，導(dǎo)致放電空間的自由電子減少，形成流注放電。現(xiàn)有研究結(jié)果表明在大氣壓下實(shí)現(xiàn)空氣均勻介質(zhì)阻擋放電的間隙均小于5mm。當(dāng)放電間隙大于5mm時(shí)，無論選擇何種電源激勵(lì)，得到的只能是絲狀放電而非均勻放電。有理論計(jì)算證明當(dāng)空氣間隙大于5mm時(shí)，如果不設(shè)法降低擊穿場強(qiáng)，將無法產(chǎn)生空氣中均勻介質(zhì)阻擋放電。

而本申請(qǐng)采用簡單改進(jìn)的介質(zhì)阻擋放電結(jié)構(gòu)，能夠在大氣壓空氣間隙5-10mm范圍內(nèi)產(chǎn)生大面積均勻介質(zhì)阻擋放電等離子體，對(duì)未來的工業(yè)化應(yīng)用發(fā)揮著一定的作用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不能在空氣間隙大于5mm產(chǎn)生均勻介質(zhì)阻擋放電的困難，本發(fā)明提供一種大氣壓空氣中產(chǎn)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(fā)明的技術(shù)方案為：

一種在大氣壓空氣中產(chǎn)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(zhì)板、下電極、下介質(zhì)板、金屬柱、風(fēng)道系統(tǒng)和納秒脈沖電源。裝置具有兩種結(jié)構(gòu)形式，能夠得到相同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，即在大氣壓空氣中實(shí)現(xiàn)放電間隙為5-10mm的均勻介質(zhì)阻擋放電。