一种对玻璃及高分子材料表面改性的大气压沿面放电等离子体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种低温等离子体表面改性技术应用的装置。特别是大气压沿面放电产生的冷等离子体对玻璃和各类有机高分子材料进行表面改性的装置，属于材料表面处理技术领域。
【背景技术】
[0002]低温等离子体技术广泛地应用在材料表面处理上，其中作用于材料表面来改变表面能从而提高亲水性是重要应用之一，亲水性是材料表面的重要性质之一，对比改善材料表面亲水性的各种方法，如湿化学法、激光处理、紫外处理以及等离子体处理等，低温等离子体表面处理方法因其无需化学药品，对环境无污染，且处理效果好，所以其应用前景广阔，相应的在这方面的研宄也十分活跃。目前等离子体材料表面处理技术在材料改性方面研宄较多且实际应用效果显著，例如公开号为CN1526753A、CN1900408A、CN202318981U的发明专利均提出了采用等离子体对高分子材料进行表面改性的装置和方法，但这些装置或方法的缺点是都需要复杂昂贵的真空设备，维护费用高，且被处理材料的尺寸和形状受真空腔容积的限制，因而大大降低处理效率，增加处理成本，影响其在工业上的实用价值。因而一种无需真空设备、操作简单方便、工作成本低廉的大气压等离子体材料表面改性技术得到了广大科研工作者的重视，如专利CN102259364A、CN202907329U、CN102905455A、CN103194001A介绍的装置和方法。虽然这些装置和操作方法去除了真空设备的使用，但其设备结构依然比较复杂，同时运营成本有待进一步降低。因此需要设计一种结构简单，运行和维护费用较低的大气压等离子体材料表面改性装置。
[0003]目前介质阻挡放电(DBD)等离子体已被广泛地应用在材料表面改性研宄上，其优点在于介质阻挡放电等离子体对材料表面处理工艺属于干式方法，不会产生“三废”，另外与放射线、电子束等其他干式处理工艺相比，其独特之处在于等离子体表面处理的作用深度仅达到材料表面的几纳米到数百纳米的范围内的极薄层，对被处理材料主体本身的影响不大。介质阻挡放电的另一优点就是在大气压下能够可靠地产生非平衡态低温等离子体，同时它的功耗低，制作成本比较低，这也促使其在工业有了一些重要应用。大气压下介质阻挡放电等离子体发生器有几种不同结构形式，第一种典型的介质阻挡放电等离子体源结构是在两个平行电极间插入了电介质板，这些电极形状、放电间隙及其物理结构可以是平面形的，也可以是同轴圆柱形的。由于此种发生器最为常见，同时它展示的放电模式也最多，因此它被认为是介质阻挡放电最具代表性的等离子体发生器。但是它也有缺陷，例如不能产生较大面积及较厚体积的均匀等离子体，导致在材料处理时处理样品的尺寸受反应器电极间距的限制，因此不能处理大体积样品，影响了其在工业上的实用价值。第二种为沿面介质阻挡放电等离子体发生器，正负电极被放置在介质板上下两侧，气体放电发生在介质板上下表面邻近电极具有很强场强的介质表面区域，因此通常称之为沿面放电。这种沿面放电等离子体发生器的电极结构具有很多演化的形式，例如介质板一侧的电极形状呈梳状，在介质板的另一侧排布与之相间交错的另一个梳状电极或者是在介质板另一侧附着一整块金属薄片电极，通过多组电极对在介质板表面的均匀排布能够在介质表面产生比较均匀的较大面积的等离子体层，这种沿面放电等离子体发生器弥补了第一种介质阻挡放电离子体发生器的缺陷，但由于大部分的外加电压被介质板构成的电容分压，导致在放电介质表面获得的击穿电压较小，放电产生等离子体的效率不高，而且不易获得均匀的等离子体。第三种为另一种结构的沿面放电等离子体发生器，正负电极均在同一个平面，放电发生在介质板表面同一侧，因而称之为电极共面型沿面放电等离子体发生器。根据电极位置不同，这种发生器又可以细分为两种结构:一种是正负电极共面放置于介质层内部(当电极距上下介质表面的垂直距离不同时，可以形成单面的沿面介质阻挡放电)，或者是表面涂有绝缘层的正负电极共面置于介质板表面；另外一种是表面裸露的正负电极平行排布在介质板表面同一侧，这种电极结构很大程度上降低了气体击穿电压，提高了高压电源输出参数的利用率。然而相比于采用表面裸露的正负电极的等离子体发生器，第一种电极共面型沿面放电等离子体发生器能在一定程度上避免由于电压过高导致的弧放电的发生，降低了对处理材料烧蚀破坏的可能性。另外，相对于平行板型等离子体发生器，电极共面型沿面放电等离子体发生器弥补了处理样品受到发生器本身结构限制的缺陷，它能够处理一些具有特殊结构的材料表面，同时当电极间距适当排布时，等离子体可以弥散分布在电极一侧介质层的上方形成均匀的等离子体层。这样，综合考虑到实际应用的可靠性和安全性以及降低击穿电压提高电源利用率等多种因素，第一种共面型沿面放电等离子体发生器最具有实际应用价值。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种对玻璃及高分子材料表面改性的大气压沿面放电等离子体装置，目的是在常压下产生较大面积的均匀低温等离子体，在较短的处理时间内提高被处理材料的表面能，改善其亲水性。这种装置可以有效处理不同形状的材料，同时该装置结构简单，造价低，运行费用低，不会产生污染，是一种绿色环保的材料表面改性方法，且有较高工业推广价值。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]所述的反应室包括二部分:塑料类电绝缘薄膜和电绝缘介质板，二者接触的边缘密封，反应室的大小由实际处理的材料大小决定；塑料类电绝缘薄膜通常采用气密性以及柔软性好的透明材质。电绝缘介质板面向塑料类电绝缘薄膜的表面中心区域开有等间隔、等长、平行的条形沟槽，条形沟槽内嵌入线电极；相邻线电极分别在条形沟槽的两端经电绝缘介质板上的引出孔伸到板下与高压交流电源的高、低压输出端相连；处理的材料直接放在线电极上的等离子体放电区域；电绝缘介质板上设有抽气口和进气口，分别连接抽气阀门和进气阀门；供气源经过流量计和进气阀门将工作载气通入到反应室内。抽气阀门的另一端可以接手动抽气装置或机械抽气泵。
[0007]本发明所述一种对玻璃及高分子材料表面改性的大气压沿面放电等离子体装置:电绝缘介质板采用圆形聚四氟乙稀材质的平板，其几何尺寸为直径160_，厚15mm ;线电极采用漆包线，其直径大小0.5mm，相邻漆包线电极间距2mm，线电极在电绝缘介质板上相间排列所占面积约为120X80_ ;反应室形状可近似看作为圆柱形，底面直径大小约为160mm,高度可变，可根据实际需要调整反应室大小；高压交流电源采用低频交流电源，输出频率5?20kHz，输出电压O?30kV ;高压电源的高、低压输出端分别与电绝缘介质板所包围的反应室的外侧的两端线电极相接，低压端接地；其供气源所供的气体是混有少量的氧气的氦气，低温等离子体由正负相间的漆包线电极在交流电压下的氦气放电产生，由于氦气的电离能较低，气体放电比较容易实现，所以氦气成为放电的首选气体；等离子体中高能电子、粒子与气体中的水分子、氧气分子发生非弹性碰撞而产生含氧活性粒子，含氧活性粒