[發明專利]一種復合場調制微波冷等離子體射流裝置

在審

• 申請號: 202210842221.8
• 申請日: 2022-07-18
• 公開（公告）號: CN115052407A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 于丙文;柏怡文;金偉
• 申請（專利權）人: 浙江大學湖州研究院
• 主分類號: H05H1/30
• 分類號: H05H1/30;H05H1/42
• 代理公司: 上海新隆知識產權代理事務所(普通合伙) 31366
• 代理人: 金利琴

本發明提出一種復合場調制微波冷等離子體射流裝置，包括腔體部分，微波耦合部分，調諧部分，電場調制部分；腔體部分為一端開放的同軸諧振腔結構，微波傳輸模式為TEM模式；微波耦合部分可以電導耦合、電容耦合、磁場耦合等方式將微波能量耦合到腔體部分；電場調制部分由施加納秒脈沖(或DC電壓)的內電極實現。本發明基于微波冷等離子體臭氧生成量少、等離子體濃度更高、激發態粒子更豐富，以及納秒脈沖(或DC)更易形成長直冷等離子體的特點，提出復合場調制的冷等離子體射流，即在微波冷等離子體上施加輔助電場，利用輔助電場牽引帶電粒子加速運動，延長射流的長度。

技術領域

本發明屬于材料處理、材料檢測、等離子體生物醫學、臨床醫學等領域，具體的，涉及一種復合場調制微波冷等離子體射流裝置，可獲得穩定的常壓長直微波等離子體射流。

背景技術

等離子體由電子、離子、中性粒子等組成，當重粒子溫度遠低于電子溫度時被稱為冷等離子體。目前，大氣壓冷等離子體被廣泛應用于廢氣處理、輔助燃燒、表面改性、醫用滅菌、臨床醫學等領域。其中，大氣壓冷等離子體射流在開放空間中產生，其在輸送活性物質和帶電粒子的同時還實現了放電區域和工作區域分離，具有更高的安全性，因此在生物、臨床醫學等領域具有較好的應用前景。在實際應用中，射流長度是首要考慮的關鍵參數，其在很大程度上影響和制約了常壓冷等離子體射流的應用。同時，等離子體成分也是需考慮的關鍵因素，其限制了等離子體射流的應用場景。

冷等離子體可以通過高壓、微波、射頻等途徑驅動相應裝置生成，驅動方式及裝置結構對射流長度及成分有重要影響。其中，微波冷等離子體射流具有電子密度大、電離度高、可控性強、臭氧生成量少等優勢，可以高效應用于病菌滅活、傷口治療、人體手術等各種場景。

冷等離子體射流生成于開放空間中，空氣的匯入導致射流長度較短，為解決該問題，目前通過三條途徑延長射流長度。

一者是使用大流量的惰性氣體(氦氣、氬氣、氖氣等)為工作氣體，使得射流噴口處于擊穿場強閾值相對較低的惰性氣體環境利于等離子體形成，同時高流量的氣體能牽引等離子體向外噴出；

二者是通過高壓納秒脈沖驅動，在極高且極快的能量輸入下等離子體射流長度被觀察到顯著增長；

三者是通過復合式同軸雙線的結構，以雙諧振腔配合雙氣流約束的方式調控等離子體射流形狀。(對應專利號CN201910658894.6)。

1)使用惰性氣體為工作氣體時，需配備大型氣瓶，攜帶不便，不適用于戶外、接地取材等工作環境，并且該等離子體射流不適合應用于一些特殊環境(如肺部處理等)；

2)在常用的工作氣體中，空氣因其無需配備氣瓶、便攜易操作等優勢而具有更廣的應用前景，但也有擊穿場強閾值遠大于惰性氣體、使用高壓驅動介質阻擋放電等方式激發放電時生成大量臭氧等問題，在應用于臨床醫學時不利于對處理對象的健康；

3)由氣流主導牽引等離子體射流噴出時，被處理的病原體等醫學對象可能會在氣流的擾動下脫離所處位置，有引起生化污染的潛在問題；

4)通過復合式同軸雙線及雙氣流的方式生成微波冷等離子體射流時，由于其開口端均為直管結構，電場強度未進一步增強，較難達到空氣微波冷等離子體的激發場強，這制約了其在空氣為工作氣體時的應用。

發明內容

為解決以上現有技術存在的問題，本發明提出一種復合場調制微波冷等離子體射流裝置，其使用微波源驅動雙諧振腔結構生成常壓冷等離子體射流，并在此基礎上引入有高壓形成的輔助電場，牽引微波等離子體中極大密度的帶電粒子向噴口外運動，以此延長射流長度。

本發明可通過以下技術方案予以實現：

一種復合場調制微波冷等離子體射流裝置，由腔體部分、微波耦合部分、調諧部分和電場調制部分組成；