一種產生空氣環境中大氣壓下均勻等離子體刷的裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及低溫等離子體技術，具體的說是一種產生空氣環境中大氣壓下均勻等離子體刷的裝置和方法。
【背景技術】
[0002]大氣壓等離子體在工業、醫療、環境保護等領域具有廣泛的應用前景，如可用于材料制備、表面處理、材料蝕刻、污水處理、傷口殺菌消毒，以及工業廢氣脫硫脫硝處理等。大氣壓等離子體通常可采用電暈放電、電弧放電和介質阻擋放電等方法來產生。電暈放電產生的等離子體僅出現在尖端電極附近，體積較小，限制了它在工業方面的應用。電弧放電產生的等離子體氣體溫度高，容易損傷待處理的熱敏感材料，且通常需要水冷裝置配套使用。而輝光介質阻擋放電所產生的大氣壓等離子體具有較好的均勻性、較低的氣體溫度、較高的電子溫度和適中的電子密度等特點，因而成為獲得大氣壓等離子體的常用手段。
[0003]另一方面，大氣壓等離子體應用到更廣泛的范圍內，如何在開放的環境中獲得大氣壓均勻等離子體就顯得尤為重要。現在國內外，通常利用等離子體噴槍或者滑動弧放電獲得空氣環境中的均勻等離子體。如公開號為CN103079329A的發明專利所報道的等離子體噴槍，但是該噴槍所產生的等離子體羽呈圓柱狀，其直徑較小(約幾個毫米，最大到一個厘米左右)，不利于工業中大面積材料處理。而滑動弧放電(如公開號為CN101778526A的發明專利)氣體溫度通常為幾千K，在使用過程中，容易損傷待處理的熱敏材料，有時甚至需要配套水冷裝置使用，且在放電過程中其產生單位體積的等離子體羽功率消耗大。
[0004]以上兩種方式所產生的等離子體羽因其自身所具備的一些特性而在應用上受到一些限制，因此，研宄者將注意力轉移到輝光介質阻擋放電的研宄上面。但如何利用輝光介質阻擋放電產生空氣環境中的等離子體羽是研宄者所面臨的一個難以克服的問題，正如公開號為CN204014246U的發明專利所述，介質阻擋放電產生的低溫等離子體只能在較小的氣隙中產生，這無疑會限制待處理材料的尺度，同時也限制了它的應用范圍。專利ZL201210128206.3雖然公布了一種低電壓下產生大間隙大氣壓均勻放電的裝置及方法，通過氣體在放電腔體的流動產生了大間隙的輝光介質阻擋放電，但放電仍然限制在兩個電極之間的區域。因此，如何在開放的環境中獲得較大尺度的大氣壓均勻等離子體就顯得尤為重要。
【發明內容】
[0005]本發明的目的之一是提供一種能夠產生空氣環境中大氣壓下均勻等離子體刷的裝置，以解決現有介質阻擋放電裝置無法產生空氣環境中的大氣壓下等離子體刷的問題。
[0006]本發明的目的之二是提供一種產生空氣環境中大氣壓下均勻等離子體刷的方法，以解決現有方法所產生的空氣環境中大氣壓下等離子體刷溫度過高、功耗高的問題。
[0007]本發明的目的之一是這樣實現的: 一種產生空氣環境中大氣壓下均勻等離子體刷的裝置，其包括有放電部分和供氣部分:
所述放電部分包括由兩塊介質板和兩根介質管構成的放電腔體和分別設置在所述兩根介質管內的兩個電極，所述介質管的兩端密封，所述電極分別通過導線與交流電源的高壓輸出端和接地端連接；所述供氣部分接在所述放電腔體一端的端口，用于為所述放電腔體提供工作氣體；
其中，所述介質板與所述介質管為絕緣材料。
[0008]本發明所述的一種產生空氣環境中大氣壓下均勻等離子體刷的裝置，所述供氣部分由儲氣罐和連接在儲氣罐上的氣體管路構成，所述氣體管路的另一端接在所述放電腔體一端的端口 ；所述儲氣罐中儲存的工作氣體為惰性氣體或惰性氣體與空氣的混合氣體。
[0009]本發明所述的一種產生空氣環境中大氣壓下均勻等離子體刷的裝置，所述絕緣材料為玻璃、石英或聚四氟乙烯。
[0010]本發明所述的一種產生空氣環境中大氣壓下均勻等離子體刷的裝置，所述電極為導電液或棒狀金屬。
[0011]優選的，所述棒狀金屬材質為鎢、銅或鐵。
[0012]本發明所述的一種產生空氣環境中大氣壓下均勻等離子體刷的裝置，所述放電腔體沿所述兩根介質管軸線所在平面的剖面為矩形或梯形。如所述放電腔體剖面為矩形，則所述放電腔體一端為進氣口，另一端為出氣口 ；如所述放電腔體剖面為梯形，則以所述放電腔體較窄一端為進氣口，較寬一端為出氣口。
[0013]本發明中，所述放電腔體的厚度與所述介質管外徑一致，所述放電腔體的厚度在
0.l~5mm，所述放電腔體的端口寬度在0.2mm~65mm，所述放電腔體的長度在10~150mm。
[0014]本發明中，所述惰性氣體為氦氣、氖氣或氬氣。
[0015]本發明的目的之二是這樣實現的:
利用權利要求1所述裝置產生空氣環境中的大氣壓下均勻等離子體刷的方法，其方法如下:
(1)啟動供氣部分，給放電腔體提供一定流量的工作氣體；
(2)增加兩電極間的外加交流電源的電壓，使放電腔體內產生輝光介質阻擋放電，然后調整兩電極間的外加交流電源的電壓峰值和交流電源的輸出頻率，使放電腔體的另一端口處產生在空氣環境中的大氣壓下均勻等離子體刷。
[0016]本發明所述的產生空氣環境中的大氣壓下均勻等離子體刷的方法，所述工作氣體為惰性氣體或惰性氣體與空氣的混合氣體。
[0017]本發明所述的產生空氣環境中的大氣壓下均勻等離子體刷的方法，所述工作氣體的流量在0.1 L/min~30 L/min之間。
[0018]本發明所述的產生空氣環境中的大氣壓下均勻等離子體刷的方法，所述交流電源的電壓在1.0 kV~30 kV之間，所述交流電源的輸出頻率范圍在50Hz~14MHz之間。
[0019]本發明的方法中，所述交流電源的輸出頻率范圍優選在50Hz~13.56MHz之間。
[0020]本發明提供的裝置結構簡單、成本低廉，使用該裝置產生單位體積等離子體刷的功耗小，并且本發明所產生的等離子體刷具有以下優點:
(I)溫度低，無需水冷，不損壞待處理的熱敏材料； (2)無需電阻限流，避免了電阻的熱損耗，產生單位體積等離子體羽功耗小，在工業應用上更有優勢；
(3)產生的等離子體處于放電腔體外側的空氣環境中，不會限制待處理材料的尺度，擴大了應用范圍；
本發明通過利用棒狀電極(裝入電介質管中的導電液體或者金屬)增強出氣口外側電場，使滑動到出氣口外側的等離子體放電不會立即終止，從而在空氣環境中形成均勻的大氣壓等離子體刷。本發明所產生的空氣環境中大氣壓下均勻等離子體刷在材料制備、表面處理、材料蝕刻、污水處理、殺菌消毒等領域具有廣泛的應用前景，它對于推動等離子體材料制備、表面處理、材料蝕刻、薄膜生長、污水處理、傷口消毒，和工業廢氣脫硫脫硝處理等應用將具有重要的意義。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明產生大氣壓下均勻等離子體刷裝置的整體結構示意圖。
[0022]圖2是本發明產生大氣壓下均勻等離子體刷裝置的放電腔體的截面剖視圖。
[0023]圖3是實施例2產生的等離子體刷實例圖。
[0024]圖4是實施例