[發(fā)明專利]一種耐腐蝕的等離子體化學(xué)反應(yīng)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111340685.0
• 申請日: 2021-11-12
• 公開（公告）號(hào): CN114192093B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 聶林;龔少博;王華杰;趙偉;柯銳;侯和爽;劉灝;許敏;王占輝
• 申請（專利權(quán)）人: 核工業(yè)西南物理研究院
• 主分類號(hào): B01J19/12
• 分類號(hào): B01J19/12;B01J19/02
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 王婷

本發(fā)明屬于等離子體化學(xué)反應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐腐蝕的等離子體化學(xué)反應(yīng)裝置，采用微波直接激發(fā)等離子促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，可適用于氟氣、四氟化碳等電離后具有強(qiáng)氧化性和腐蝕性的氣他，且本方案無需高電壓，具有較高的安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請屬于等離子體化學(xué)反應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐腐蝕的等離子體化學(xué)反應(yīng)裝置。

背景技術(shù)

等離子體化學(xué)反應(yīng)是一門涉及等離子體物理和化學(xué)的交叉學(xué)科，主要研究反應(yīng)物質(zhì)等離子體化后對相關(guān)化學(xué)反應(yīng)的影響。該學(xué)科興起于20世紀(jì)六七十年代，因等離子體具有催化化學(xué)反應(yīng)等方面的作用，目前在材料學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)、醫(yī)藥學(xué)等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

等離子體化學(xué)的基本原理是：氣態(tài)反應(yīng)物等離子體化時(shí)，其原子的部分外層電子獲得足夠的能力，脫離原子核束縛成為自由電子。此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)由帶正電的離子和帶負(fù)電的電子混合構(gòu)成，而氣體電離生成的電子和正離子一般在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生結(jié)合，回到中性分子狀態(tài)。這個(gè)過程產(chǎn)生的電子、離子的一部分能量以電磁波等不同形式消耗，在分子離解時(shí)常生成自由基，生成的電子結(jié)合中性原子，分子形成負(fù)離子。因此，整個(gè)系統(tǒng)是由電子、離子、激發(fā)態(tài)原子、自由基和分子組成的混合狀態(tài)。此時(shí)各種化學(xué)反應(yīng)都是在高激發(fā)態(tài)下進(jìn)行的，與經(jīng)典的化學(xué)反應(yīng)完全不同。這樣使等離子體的原子或分子的本性通常都發(fā)生改變，即使是較穩(wěn)定的惰性氣體也會(huì)變得具有很強(qiáng)的化學(xué)活潑性。

基于這一原理，等離子體化學(xué)反應(yīng)裝置，利用電離反應(yīng)氣體生成等離子體的方式，實(shí)現(xiàn)對化學(xué)反應(yīng)的有效催化作用。

目前等離子體化學(xué)反應(yīng)裝置常用的等離子體產(chǎn)生方式一般包括介質(zhì)阻擋放電激發(fā)等離子體和陰極激發(fā)等離子體。當(dāng)反應(yīng)氣體(即等離子體)為氟氣等具有極強(qiáng)氧化元素時(shí)，陰極激發(fā)等離子體方式由于采用電極與反應(yīng)氣體(即等離子體)直接接觸，會(huì)導(dǎo)致電極被迅速腐蝕。介質(zhì)阻擋放電方式雖然不需要電極與反應(yīng)氣體(即等離子體)接觸，但隨著工業(yè)化生產(chǎn)對反應(yīng)量和反應(yīng)體積的增加，介質(zhì)阻擋電所需的電壓(數(shù)千伏)將隨電極之間的間距線性增加，會(huì)導(dǎo)致成本和安全性問題增加。

發(fā)明內(nèi)容

本申請針的目的是提供一種耐腐蝕的等離子體化學(xué)反應(yīng)裝置，解決當(dāng)反應(yīng)氣體為氟氣等強(qiáng)氧化性元素時(shí)，陰極激發(fā)等離子體方式由于采用電極與反應(yīng)氣體直接接觸，會(huì)導(dǎo)致電極被迅速腐蝕的問題。

實(shí)現(xiàn)本申請目的的技術(shù)方案：

本申請?zhí)峁┝艘环N耐腐蝕的等離子體化學(xué)反應(yīng)裝置，包括：微波系統(tǒng)和等離子體化學(xué)反應(yīng)腔體；

所述等離子體化學(xué)反應(yīng)腔體為密封空腔結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有反應(yīng)腔室；所述反應(yīng)腔室內(nèi)放置有反應(yīng)物料和反應(yīng)氣體；

所述等離子體化學(xué)反應(yīng)腔體插入所述微波系統(tǒng)的波導(dǎo)中；

所述微波系統(tǒng)，用于產(chǎn)生微波以激發(fā)所述反應(yīng)腔室中的反應(yīng)氣體生成等離子體；

所述反應(yīng)物料在所述反應(yīng)腔室內(nèi)與所述等離子體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。

可選的，所述等離子體化學(xué)反應(yīng)腔體，具體包括：物料托盤和朗繆爾探針；

所述物料托盤和所述朗繆爾探針均設(shè)置在所述反應(yīng)腔室內(nèi)部；

所述朗繆爾探針，用于提供種子電子，協(xié)助激發(fā)所述反應(yīng)氣體；

所述物料托盤，用于盛放所述反應(yīng)物料。

可選的，所述等離子體化學(xué)反應(yīng)腔體上設(shè)置有與所述反應(yīng)腔室貫通的朗繆爾探針入口；所述朗繆爾探針，包括：圓柱形針體、絕緣套管和密封法蘭；

所述絕緣套管套設(shè)在所述圓柱形針體外部，所述圓柱形針體的前端探出所述絕緣套；

所述密封法蘭，用于密封所述朗繆爾探針入口；所述密封法蘭上設(shè)置有電極，用于為所述圓柱形針體的供電。