[發明專利]浮動電極增強介質阻擋放電彌散等離子體射流發生裝置

在審

• 申請號: 201810078513.2
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108322983A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 雷冰瑩;李靜;湯潔;王靜;王屹山;張同意;趙衛;段憶翔
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂

本發明提供一種浮動電極增強介質阻擋放電彌散等離子體射流發生裝置，能夠簡便、可靠地實現大氣壓下氬氣彌散等離子體射流。該裝置包括由絕緣材料制成的圓筒形的主體腔室，主體腔室的外壁依次緊密套接有均為圓筒形的浮動電極、接地電極，其中接地電極靠近出氣端口；在主體腔室的軸心處固定設置有柱形的高壓電極，高壓電極與主體腔室內壁的間距為0.5?4.5mm，高壓電極從進氣端口伸入主體腔室內且末端與浮動電極所在軸向位置相對應，高壓電極、浮動電極與接地電極的軸向距離為10?20mm，高壓電極和接地電極兩端加載交流電源、浮動電極保持開路狀態。

技術領域

本發明涉及一種介質阻擋放電低溫等離子體射流發生裝置。

背景技術

大氣壓等離子體射流，憑借其產生于開放空間、而不受狹窄氣隙間隔限制的顯著特點，能夠對各種形狀的樣品進行處理，因而在等離子體醫學、納米技術、表面改性及薄膜層積等應用領域受到廣泛關注。為了提高等離子體射流的工作效率、避免因焦耳熱損傷被處理樣品表面，人們都在極力研發類似于低氣壓條件下湯森或輝光的彌散放電。在等離子體射流的產生中，確保等離子體的彌散性和穩定性尤為重要。介質阻擋放電是產生等離子體射流的一種常見方式。

為了獲取彌散穩定的等離子體射流，人們常用氦氣作為工作氣體。然而，昂貴的成本難以維持大規模的等離子體應用。而若以價格低廉的氬氣作為工作氣體，在常壓下放電通道極易收縮成細絲狀，很難形成彌散穩定的等離子體射流。為此通常采用降低電離率的方式，向工作氣體氬中添加其他輔助成份，比如氫氣、氨氣和丙酮，來防止細絲放電的形成。即便如此，由于大氣環境下類輝光放電的放電機理尚不完全明確，維持常壓氬氣彌散穩定放電的放電條件仍然復雜苛刻。此難題已困擾人們幾十年，當前急需尋找一個可替代的辦法來解決此問題。

發明內容

本發明提供一種浮動電極增強介質阻擋放電彌散等離子體射流發生裝置，能夠簡便、可靠地實現大氣壓下氬氣彌散等離子體射流。

在現有技術中，人們基于“流注耦合模型”，通過降低氣體放電電離率的方法來防止細絲放電的形成，并獲取彌散的等離子體射流。而本發明提供的技術方案是將已經形成的放電細絲轉變成彌散的等離子體射流，方案詳述如下：

該浮動電極增強介質阻擋放電彌散等離子體射流發生裝置，包括由絕緣材料制成的圓筒形的主體腔室，主體腔室的一端作為進氣端口，另一端作為出氣端口，出氣端口的直徑不大于10mm；主體腔室的外壁依次緊密套接有均為圓筒形的浮動電極、接地電極，其中接地電極靠近出氣端口；在主體腔室的軸心處固定設置有柱形的高壓電極，高壓電極與主體腔室內壁的間距為0.5-4.5mm，高壓電極從進氣端口伸入主體腔室內且末端與浮動電極所在軸向位置相對應，高壓電極、浮動電極與接地電極的軸向距離為10-20mm，通過在高壓電極和接地電極兩端加載交流電源、浮動電極保持開路狀態，使得：高壓電極、浮動電極以及兩者之間充當絕緣介質層的腔壁形成介質阻擋放電的預放電單元，高壓電極、接地電極以及兩者之間充當絕緣介質層的腔壁形成介質阻擋放電構成主放電單元。

需要說明的是，前述“圓筒形的主體腔室”，是強調其主體區域(即放電區域)的形狀為圓筒結構，如果進氣端口到放電區域的軸向長度較長，這部分當然也可以設計為錐形漸變結構。

“浮動電極”為電學領域專業術語，并非指空間上能夠浮動或移動的電極，而是指該電極與電源保持開路狀態(未與電源正負極相接)。

基于以上方案，本發明還進一步作了如下優化：

高壓電極、浮動電極與接地電極的軸向距離相等，即高壓電極的末端與浮動電極的末端平齊。或者，稍微錯開一些距離也可。

交流電源的頻率從工頻至13.56MHz的射頻范圍內可調，電源模式為連續(例如正弦波形式)或脈沖形式(例如周期性的雙極性脈沖)。電壓幅值與放電波形、極間距、工作氣體類別、主體腔室等因素有關，一般在1000-9000伏。