一種大氣壓空氣中產生大間隙、大面積均勻放電等離子體的裝置及使用方法制造方法及圖紙

本發明專利技術提供一種大氣壓空氣中產生大間隙、大面積均勻放電等離子體的裝置及使用方法，屬于大氣壓低溫等離子體技術領域。裝置包括上電極、上介質板、下電極、下介質板、金屬柱、風道系統和納秒脈沖電源，有兩種形式：一種上、下電極結構對稱，另一種上、下電極結構不對稱。上、下介質板之間的距離為放電間隙，放電間隙為1?15mm，通過墊片調整；金屬柱與放電間隙等高度，放置于放電間隙之間；風道系統放置于裝置整個裝置的側面，用于向放電間隙引入氣流。本發明專利技術能夠實現放電間隙為5?10mm的均勻放電，在大氣壓空氣中產生大間隙、大面積均勻放電等離子體。

【技術實現步驟摘要】
一種大氣壓空氣中產生大間隙、大面積均勻放電等離子體的裝置及使用方法
本專利技術屬于大氣壓低溫等離子體
，涉及一種大氣壓空氣中產生大間隙、大面積均勻放電等離子體的裝置及使用方法。
技術介紹
在工業生產中，一般會采用在技術上較容易控制的氣體放電方式產生低溫等離子體。氣體放電產生的等離子體的形式主要有電暈放電、弧光放電、輝光放電和介質阻擋放電等幾種。電暈放電產生的低溫等離子體主要分布在極不均勻電場中的強電場區域，不適于工業大規模應用，而且電暈放電較弱，產生等離子體及活性粒子的效率太低。弧光放電因產生的等離子體的溫度過高，從而限制了其在工業生產中的應用。輝光放電一般在低氣壓下進行，需要真空系統，在工業化處理過程中需要不斷的打開真空室取出成品，添加試品，難以連續生產，生產效率低。最適合工業生產應用的是大氣壓下的介質阻擋放電。介質阻擋放電的特點是在電極間安插介質，這樣可以防止在放電空間形成局部火花或者弧光放電，其工作氣壓范圍很寬，可以在大氣壓下產生穩定的低溫等離子體。目前，介質阻擋放電在臭氧的生成、材料的表面改性、殺菌消毒、新型光源、薄膜沉積、電磁波屏蔽、環境保護等工業領域具有廣泛的應用前景。大氣壓下的介質阻擋放電有兩種放電模式，即絲狀放電和均勻放電。絲狀介質阻擋放電在放電空間存在大量的高能量密度的電流細絲，其不均勻性和能量密度集中性限制了其在很多工業領域的應用前景，如材料表面改性、薄膜沉積、殺菌消毒、廢氣處理等。對于強調均勻性的應用，放電的不均勻性會導致材料處理不均勻；對于不強調均勻性的應用，絲狀放電的效率低。因此，相比于大氣壓絲狀介質阻擋放電，大氣壓空氣中形成的均勻介質阻擋放電在節約成本、提高生產效率以及優化處理效果等方面都體現著明顯的優勢。目前，采用傳統的平行板結構能夠產生大氣壓均勻的介質阻擋放電，但是工作氣體主要集中在惰性氣體和氮氣中，其中惰性氣體的價格昂貴，而且氮氣作為工作氣體，需要密閉的工作腔室。這不僅增加了生產成本而且降低了生產效率。因此，最適合大規模工業應用的便是在大氣壓空氣中實現均勻介質阻擋放電。然而，在大氣壓空氣中實現均勻的介質阻擋放電相對較難，這是因為空氣是由氮氣、氧氣和水蒸氣等氣體組成的混合氣體。空氣中介質阻擋放電電離產生少量的激發態粒子會與電負性的氧氣分子發生反應而快速消失。另外電負性的氧氣分子還會吸附電子，導致放電空間的自由電子減少，形成流注放電。現有研究結果表明在大氣壓下實現空氣均勻介質阻擋放電的間隙均小于5mm。當放電間隙大于5mm時，無論選擇何種電源激勵，得到的只能是絲狀放電而非均勻放電。有理論計算證明當空氣間隙大于5mm時，如果不設法降低擊穿場強，將無法產生空氣中均勻介質阻擋放電。而本申請采用簡單改進的介質阻擋放電結構，能夠在大氣壓空氣間隙5-10mm范圍內產生大面積均勻介質阻擋放電等離子體，對未來的工業化應用發揮著一定的作用。
技術實現思路
針對現有技術不能在空氣間隙大于5mm產生均勻介質阻擋放電的困難，本專利技術提供一種大氣壓空氣中產生大間隙、大面積均勻放電等離子體的裝置及使用方法。本專利技術的技術方案為：一種在大氣壓空氣中產生大間隙、大面積均勻等離子體的裝置，該裝置包括上電極、上介質板、下電極、下介質板、金屬柱、風道系統和納秒脈沖電源。裝置具有兩種結構形式，能夠得到相同的實驗現象，即在大氣壓空氣中實現放電間隙為5-10mm的均勻介質阻擋放電。第一種在大氣壓空氣中產生大間隙、大面積均勻介質阻擋放電等離子體的裝置能夠實現5-10mm氣隙范圍內的均勻放電，包括上電極、上介質板、下電極、下介質板、金屬柱、風道系統和納秒脈沖電源；其中，上、下電極結構對稱。所述的上、下電極為兩個相互平行的圓形銅板3，均被鑲嵌在上下兩個立方體尼龍塊6的圓形凹槽中。上、下兩個尼龍塊6的四個頂角處均有一個通孔，用于放置帶有螺紋的尼龍螺桿，尼龍螺桿的兩端通過尼龍螺母1擰緊，上、下兩個尼龍塊6之間放置墊片2，即上、下兩個尼龍塊6的兩端通過放置墊片2產生并調節間隙。所述的墊片2為云母片、石英片和尼龍片等絕緣片。每個尼龍塊6中心有一個圓柱孔，圓形銅板3中部連接的金屬桿8通過該圓柱孔與外部的納秒脈沖電源連接，金屬桿8與納秒脈沖電源的連線通過金屬螺母7固定；上電極與納秒脈沖電源高壓端連接，下電極與納秒脈沖電源接地端連接。所述的上介質板、下介質板為結構尺寸相同的云母板4，一個云母板4通過導電膠粘在上電極的下表面，另一個云母板4通過導電膠粘在下電極的上表面。上、下介質板之間的距離為放電間隙，放電間隙通過墊片2的個數進行調整。放電間隙在1-15mm可調。所述的金屬柱5與放電間隙等高度，放置于放電間隙之間，通過上下兩個云母板4夾緊固定。金屬柱5的高度根據放電間隙的高度確定。所述的金屬柱5材質為不銹鋼。所述的金屬桿8材質為銅。所述的風道系統放置于整個裝置側面，用于向放電間隙引入氣流，氣流速度為5-260m/s連續可調。所述的納秒脈沖電源的電壓幅值根據放電間隙確定。所述的脈沖電源的電壓幅值是20～40kV。第二種產生大間隙、大面積的空氣均勻等離子體的裝置能夠在空氣中實現5-10mm的均勻放電，包括上電極、上介質板、下電極、下介質板、金屬柱、風道系統和納秒脈沖電源；其中，上、下電極結構不對稱。所述的上電極為透明導電玻璃10，透明導電玻璃10被上方固定板12和下方石英介質板9夾緊固定，所述的固定板12為非導電材質。所述的透明導電玻璃10與石英介質板9接觸的一面鍍有氧化銦錫薄膜，用于導電作為上電極，該石英介質板9為上介質板；透明導電玻璃10的導電面上粘有導電銅箔，導電銅箔作為連接電極的接口，用來接外界納秒脈沖電源的高壓端。所述的下電極為方形鋁箔11，方形鋁箔11的四個頂角為弧形，用于避免尖端放電。方形鋁箔11粘在下方石英介質板9的下表面，并且用絕緣膠帶貼在鋁箔11的周圍，為了防止邊緣效應對放電的不利影響，該石英介質板9為下介質板。下電極粘有鋁箔條，作為接地電極，與納秒脈沖電源的地線連接。上、下兩個介質板9和固定板12的四個頂角處均有一個通孔，用于放置帶有螺紋的尼龍螺桿，尼龍螺桿兩端通過尼龍螺母1擰緊，上、下兩個介質板之間放置墊片2。所述的墊片2為云母片、石英片和尼龍片等絕緣片。上、下介質板之間的距離為放電間隙，放電間隙通過墊片2的個數進行調整。放電間隙在1-15mm可調。所述的金屬柱5與放電間隙等高度，放置于放電間隙之間；通過上下兩個介質板9夾緊固定。金屬柱5的高度根據放電間隙的高度確定。所述的金屬柱5材質為不銹鋼。所述的金屬桿8材質為銅。所述的風道系統放置于裝置整個裝置的側面，用于向放電間隙引入氣流。所述的納秒脈沖電源的電壓幅值根據放電間隙確定。所述的脈沖電源的電壓幅值是20～40kV。采用上述裝置得到大氣壓下，大間隙、大面積的空氣均勻介質阻擋放電等離子體的使用方法，包括以下步驟：第一步，將實驗裝置固定好之后，調整風道系統的高度，使寬度為4mm風口在放電裝置的一側，調整風口在放電間隙的中間，氣流的方向平行于上、下電極。第二步，連接電路。上電極連接納秒脈沖電源的高壓端，下電極接地連接納秒脈沖電源的接地端。第三步，設定納秒脈沖的重復頻率和氣體流動速度。脈沖重復頻率可調節范圍為1200Hz，1000Hz，600Hz，300Hz和100本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在大氣壓空氣中產生大間隙、大面積均勻等離子體的裝置，其特征在于，該裝置能夠在空氣中實現5?10mm的均勻放電，包括上電極、上介質板、下電極、下介質板、金屬柱、風道系統和納秒脈沖電源；其中，上、下電極結構對稱；所述的上、下電極為兩個相互平行的圓形銅板(3)，圓形銅板(3)被鑲嵌在上下兩個立方體尼龍塊(6)的圓形凹槽中；上電極與納秒脈沖電源高壓端連接，下電極與納秒脈沖電源接地端連接；每個尼龍塊(6)的四個頂角處均有一個通孔，用于放置帶有螺紋的尼龍螺桿，尼龍螺桿的兩端通過尼龍螺母(1)擰緊；每個尼龍塊(6)中心有一個圓柱孔，圓形銅板(3)中部連接的金屬桿(8)通過該圓柱孔與外部的納秒脈沖電源連接，金屬桿(8)與納秒脈沖電源的連線通過金屬螺母(7)固定；上、下兩個尼龍塊(6)的兩端通過放置墊片(2)產生間隙；所述的上介質板、下介質板為結構尺寸均相同的云母板(4)，一個云母板(4)通過導電膠粘在上電極的下表面，另一個云母板(4)通過導電膠粘在下電極的上表面；上、下介質板之間的距離為放電間隙，放電間隙為1?15mm，通過墊片(2)調整；所述的金屬柱(5)與放電間隙等高度，放置于放電間隙之間，通過上下兩個云母板(4)夾緊固定；所述的風道系統放置于整個裝置側面，用于向放電間隙引入氣流。...

【技術特征摘要】
1.一種在大氣壓空氣中產生大間隙、大面積均勻等離子體的裝置，其特征在于，該裝置能夠在空氣中實現5-10mm的均勻放電，包括上電極、上介質板、下電極、下介質板、金屬柱、風道系統和納秒脈沖電源；其中，上、下電極結構對稱；所述的上、下電極為兩個相互平行的圓形銅板(3)，圓形銅板(3)被鑲嵌在上下兩個立方體尼龍塊(6)的圓形凹槽中；上電極與納秒脈沖電源高壓端連接，下電極與納秒脈沖電源接地端連接；每個尼龍塊(6)的四個頂角處均有一個通孔，用于放置帶有螺紋的尼龍螺桿，尼龍螺桿的兩端通過尼龍螺母(1)擰緊；每個尼龍塊(6)中心有一個圓柱孔，圓形銅板(3)中部連接的金屬桿(8)通過該圓柱孔與外部的納秒脈沖電源連接，金屬桿(8)與納秒脈沖電源的連線通過金屬螺母(7)固定；上、下兩個尼龍塊(6)的兩端通過放置墊片(2)產生間隙；所述的上介質板、下介質板為結構尺寸均相同的云母板(4)，一個云母板(4)通過導電膠粘在上電極的下表面，另一個云母板(4)通過導電膠粘在下電極的上表面；上、下介質板之間的距離為放電間隙，放電間隙為1-15mm，通過墊片(2)調整；所述的金屬柱(5)與放電間隙等高度，放置于放電間隙之間，通過上下兩個云母板(4)夾緊固定；所述的風道系統放置于整個裝置側面，用于向放電間隙引入氣流。2.一種在大氣壓空氣中產生大間隙、大面積均勻等離子體的裝置，其特征在于，該裝置能夠在空氣中實現5-10mm的均勻放電，包括上電極、上介質板、下電極、下介質板、金屬柱、風道系統和納秒脈沖電源；上、下電極結構不對稱；所述的上電極為透明導電玻璃(10)，上方固定板(12)和下方石英介質板(9)夾緊固定透明導電玻璃(10)；固定板(12)為非導電材質；所述的透明導電玻璃(10)與石英介質板(9)接觸的一面鍍有氧化銦錫薄膜，作為上電極，用于導電，該石英介質板(9)為上介質板；透明導電玻璃(10)的導電面上粘有導電銅箔，導電銅箔作為連接電極的接口，用來接外界納秒脈沖電源的高壓端；所述的下電極為方形鋁箔(11)，方形鋁箔(11)的四個頂角為弧形，用于避免尖端放電；方形鋁箔(11)粘在下方石英介質板(9)的下表面，并且用絕緣膠帶貼在方形鋁箔(11)的周圍，防止邊緣效應，該石英介質板(9)為下介質板；下電極粘有鋁箔條，作為接地電極，與納秒脈沖電源的地線連接；上、下兩個石英介質板(9)和固定板(12)的四個頂角處均有一個通孔，用于放置帶有螺紋的尼龍螺桿，尼龍螺桿兩端通過尼龍螺母(1)擰緊，上、下兩個介質板之間放置墊片(2)；上、下介質板之間的距離為放電間隙，放電間隙為1～15mm，通過墊片(2)進行調整；所述的金屬柱(5)與放電間隙等高度...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭宏飛，劉一荻，樊智慧，王玉英，閆慧杰，任春生，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：遼寧,21