專利名稱：一種新型針-環式等離子體射流裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于等離子科學領域，尤其涉及一種新型針-環式等離子體射流裝置。
背景技術：
近年來，大氣壓等離子體射流(AtmosphericPressure Plasma Jet,APPJ)引起了國際上的重大關注，被廣泛用于材料表面改性、等離子體刻蝕、環境工程以及物品表面滅菌等。而傳統意義上的使用介質阻擋放電(Dielectric BarrierDischarge,DBD)來產生低溫等離子體，其放電間隙仍限制于數毫米到幾厘米范圍內，不僅需要較高的氣體擊穿電壓，且無法應用于體積稍大的物品。更為重要的是，活性粒子獲取能量需要一定的空間和時間，狹小的空間會導致活性粒子能量較低，繼而大大影響實際應用效果。華中科技大學的盧新培教授等設計并制作的一種針-環式等離子體射流裝置，在該裝置上可產生長11厘米的射流體，所采用的高頻電壓有效值為5kv，電壓頻率為40kHz，該裝置的最顯著的一個特點是高壓電極置于一個單端封口的石英管內；該射流裝置的另一個特點是它所產生等離子體的氣體溫度在所調試的所有參數范圍內都保持常溫。該方法產生的等離子射流長度雖然長達11厘米，但使用的氦氣流量高達15L/min，其成本相對較高。同時，該裝置的接地電極為固定值，在實際應用中，該接地電極的位置可能會發生變化，此時的一些特性在實際應用過程中并不再適用。缺少對于電極位置及尺寸發生變化，對于射流特性影響的探討。其次，對于此時的放電狀態，也沒有進行考查，直接將其忽略掉，而放電狀態的考查，對于深入理解氣體放電理論，有著極為重要的意義；西安交通大學的張冠軍教授等提出了一種針-環結構的射流裝置，接地電極寬度為5mm，接地電極距管口為10mm，且使用的材料為銅箔，石英管長度為IlOmm,內徑為2. 3mm,高壓電極采用直徑為Imm的鶴絲制作，在該結構下，當電壓為3 6kV時，可以產生穩定的等離子體射流。同時，他們討論了外加電壓、管徑及氣流對于等離子體射流長度的影響。他們雖然對該針-環結構的一些特性進行了測試，但電極參數發現變化時，有的特性將會發生變化，對于該問題，他們并沒有提及。同時，對于該結構下可能出現的“多脈沖”放電形式，并沒有予以報道；L. Xu設計的基于介質阻擋放電(Dielectric BarrierDischarge, DBD)形式的射流裝置,其內電極均不銹鋼細管制作，該不銹鋼細管的內徑為8_，既可以通入氣體又可以作為接地電極。而緊挨高壓電極的外管也為一個絕緣細管，其內徑為15mm。當裝置外加電壓13. IkV時(峰峰值)，電源頻率為15kHz，氬氣流量200L/h時，離管口約I. 5厘米處的等離子體的氣體溫度可保持在47°C。他們雖然對該結構的一些特性進行了測試，但他們的測試是局限于該固定裝置上，對于電極參數發生變化時，對于射流長度及放電特性的影響并沒有予以討論。同時，由于氣體直接通過的是接地電極，氣體的電離程度并不是很高，此外，該裝置的高壓電極雖然由絕緣材料包裹，但隨著時間的推移，材料一旦老化，較容易造成操作者的誤傷；C. Cheng等設計的兩電極氬氣等離子體射流裝置，裝置的中心處放置一金屬管狀接地電極，高壓電極則包裹在聚四氟乙烯絕緣管內，電源頻率6 20kHz，外加電壓33. 6kV (峰峰值)時，可穩定放電，且氣體溫度在25 30°C，功率可達14 20W，可見該結構在功率輸出上具有很大的優勢。在該裝置上施加電壓為30 80kV且電源頻率為6 20kHz時，可以實現穩定的放電，不難看出，該結構下的穩定放電電壓較前面的裝置都高了很多，從安全角度來講，對于絕緣材料的性能要求甚高。
發明內容
本發明的目的在于利用在一種新型針-環式等離子體射流裝置，旨在解決現有的射流裝置存在的缺少對于電極位置及尺寸發生變化，對于射流特性影響程度，當電極位置變化時，在實驗中觀察到了不同的“多脈沖”放電形式，裝置在進行實驗室，都沒有報道這種多脈沖放電形式，裝置需要施加的電壓過高，存在一定的安全隱患等問題。本發明的目的在于提供一種新型針-環式等離子體射流裝置，該裝置包括針電極、石英管、進氣口、接地電極、噴口 ；所述針電極設置在所述石英管的中心，所述進氣口設置在所述石英管的一側，所述接地電極設置在所述石英管的外側，所述噴口設置在所述石英管的底部。 進一步、所述針電極采用絕緣的聚四氟乙烯塞子固定。進一步、所述等離子體射流裝置采用銅皮繞制的接地電極。本發明的針-環式等離子體射流裝置，該裝置包括針電極、石英管、進氣口、接地電極、噴口 ；針電極設置在石英管的中心，進氣口設置在石英管的一側，接地電極設置在石英管的外側，噴口設置在石英管的底部。本發明的針-環式等離子體射流裝置，通過調節接地電極的位置及其寬度，可以適當擴大射流長度范圍，擴充該裝置的應用場合，而且可以將接地電極作為高壓電極使用，將高壓電極作為接地電極使用，增加裝置使用的安全性；同時對于觀察到多脈沖放電現象(目前的文獻未予以報道該現象)，利于對氣體放電理論的進一步理解，本發明的針-環式等離子體射流裝置結構簡單，操作方便，可用于多種實驗研究。
圖I是本發明提供的新型針-環式等離子體射流裝置的結構示意圖。圖2是本發明提供的接地電極位置為不同值時射流長度曲線圖；圖3是本發明提供的接地電極寬度為不同值時射流長度曲線圖。圖中1、針電極；2、石英管；3、進氣口 ；4、接地電極；5、噴口。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。本發明實施例提供了一種新型針-環式等離子體射流裝置，該裝置包括針電極、石英管、進氣口、接地電極、噴口 ；針電極設置在石英管的中心，進氣口設置在石英管的一側，接地電極設置在石英管的外側，噴口設置在石英管的底部。作為本發明實施例的一優化方案，針電極采用絕緣的聚四氟乙烯塞子固定。作為本發明實施例的一優化方案，接地電極為銅皮繞制且位置和寬度可調。
以下參照附圖1，對本發明提供的新型針-環式等離子體射流裝置作進一步詳細描述。如圖I所示，本發明中的針-環式等離子體射流裝置，該裝置主體部分為長100_的石英管2，外徑尺寸和內徑尺寸分別為8mm和5. 39mm，進氣口 3距離噴口約44mm。在石英管2的上游端口處插入直徑為I. 64_針電極1，為了確保針電極I與石英管2同軸，采用自制的聚四氟乙烯絕緣塞子將其固定，并用施以密封，以保證該處的密封性。接地電極4為銅皮繞制，寬度為12. 76mm,其位置可調,且在石英管2的外側,離噴口 5較近,使用時不會存在安全隱患；使用本裝置做實驗時，選用上海濟陽科技有 限公司生產的氦氣作為放電氣體，其純度為99. 999%。在實際操作中，主要利用噴口 5以外的等離子體進行應用，為此，從噴口 5處開始測量等離子體射流長度L，將接地電極4與噴口 5的距離記為D，實驗中主要通過改變D值，對射流特性進行對比分析。如圖2所示，接地電極4的位置為不同D值時，射流長度與外部氣流的關系曲線，此時外加電壓為IOkv (有效值為3. 5kV，電壓相對較低)。可以看到，隨著外部氣流的變化，射流長度首先上升，隨后經過一過渡階段，最終趨于平穩長度，射流長度不再隨氣流的變化而變化，同時可以看到，電極位置D值變大時，射流長度將會縮短，為此，從實驗角度可以說明，我們可以通過調節接地電極的位置，來改變射流長度，對于實際應用具有一定的意義。如圖3所示，接地電極4為不同接地電極寬度W值時，射流長度與外部氣流的關系曲線，此時外加電壓為IOkV (有效值為3. 5kV，電壓相對較低)。可以看到，接地電極寬度變化時，射流長度也會發生變化。寬度越大時，射流長度反而會減小；從實驗角度可以說明，我們可以通過調節接地電極的寬度，來改變射流長度，對于實際應用也具有一定的意義。本發明的針-環式等離子體射流裝置，該裝置包括針電極、石英管、進氣口、接地電極、噴口 ；針電極設置在石英管的中心，進氣口設置在石英管的一側，接地電極設置在石英管的外側，噴口設置在石英管的底部。本實用新型的針-環式等離子體射流裝置，通過調節接地電極的位置及其寬度，可以適當擴大射流長度范圍，擴充該裝置的應用場合，而且可以將接地電極作為高壓電極使用，將高壓電極作為接地電極使用，增加裝置使用的安全性；同時對于觀察到多脈沖放電現象(目前的文獻未予以報道該現象)，利于對氣體放電理論的進一步理解，本發明的針-環式等離子體射流裝置結構簡單，操作方便，可用于多種實驗研究。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種新型針-環式等離子體射流裝置，其特征在于，該裝置包括針電極、石英管、進氣口、接地電極、噴口 ； 所述針電極設置在所述石英管的中心，所述進氣口設置在所述石英管的一側，所述接地電極設置在所述石英管的外側，所述噴口設置在所述石英管的底部；所述等離子體射流裝置采用位置和寬度可調的接地電極。
2.如權利要求I所述的新型針-環式等離子體射流裝置，其特征在于，所述針電極采用絕緣的聚四氟乙烯塞子固定。
3.如權利要求I所述的新型針-環式等離子體射流裝置，其特征在于，所述等離子體射流裝置采用銅皮繞制的接地電極。
全文摘要
本發明公開了一種新型針-環式等離子體射流裝置，該裝置包括針電極、石英管、進氣口、接地電極、噴口；針電極設置在石英管的中心，進氣口設置在石英管的一側，接地電極設置在石英管的外側，噴口設置在石英管的底部。本發明通過調節接地電極的寬度和位置，可以適當的擴大射流范圍，可以擴大針-環式等離子體射流裝置的實用環境，同時，對于觀察到多脈沖放電現象，利于對氣體放電理論的進一步理解。
文檔編號H05H1/26GK102883516SQ20121042533
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月31日 優先權日2012年10月31日
發明者侯世英, 羅書豪, 孫韜, 曾鵬, 張文玉, 黃哲 申請人:重慶大學, 侯世英