专利名称：大气压介质阻挡放电产生低温等离子体的射流装置的制作方法
技术领域：
本发明属于气体放电技术领域，涉及一种放电等离子体的产生装置。
背景技术：
低温等离子体中存在大量的活性粒子，比通常的化学反应器所产 生的活性粒子种类更多、活性更强，更易于和所接触的材料表面以及 生物细胞发生反应，因此在很多领域都有着极其广泛的应用前景，例 如臭氧合成、材料表面改性、等离子体刻蚀、固体薄膜沉积、灭菌消 毒、大气污染处理等等。现有技术中，虽然低气压下容易产生相对均 匀的放电等离子体，但其产生过程需要真空环境，这给应用带来诸多不便；相比而言，大气压下等离子体的产生不需要昂贵的真空设备， 近年来国内外研究者都非常关注常压下等离子体的特性及应用。介质阻挡放电(DBD)作为一种特殊的气体放电形式，通过在电 极间引入阻挡介质，可在放电发生时限制放电电流的自由增长，阻止 了电极间火花放电或弧光放电的形成，具有放电功率密度适中的特 点，并可采取多种放电结构、混合气体和工作条件(输入功率、电源 频率、气压、气流)，具有较强的适应性，非常适合工业化应用。但 普通的平行平板型大气压介质阻挡放电因放电区域仅发生在两极板 之间的狭小区域，同时受等离子体产生条件的限制，产生的等离子体 的温度相对比较高，因而，其工业应用范围有一定的局限性。 发明内容针对上述技术问题，本发明提出如下技术方案产生低温等离子体射流装置，包括，气 源、流量计、止回阀，并通过管路顺序连接、设有电极及电源，空心 管状连接头的一端通过管路与止回阀连接，其另一端与空心介质管一 端气密封连接，介质管的轴线位置设置有中心电极，中心电极的一端 延伸出空心介质管的外壁并连接电源的一端，空心介质管的外壁上设 置有与其外壁相吻合的外电极连接电源的另一端。所述空心介质管是两端开口、由石英玻璃、氧化铝陶瓷或者有机 玻璃材料构成的管状结构。设置在空心介质管轴线位置的中心电极上 及其延伸部位上均覆盖有绝缘介质。所述设置在空心介质管外壁上的外电极可以是环状的结构，其结 构尺寸是可选择的。所述设置在空心介质管的外壁上的环状电极至少 是一件，其数量可根据具体技术方案而决定。设置在空心介质管轴线 位置的中心电极与空心介质管的外壁上的环状外电极与工频、中频或 者重复频率脉冲高压电源相连接。通过空心管状连接头与空心的介质管紧密连接，由绝缘介质覆盖的电极从空心介质管侧面引入并固定于介质管轴线位置，宽度和数量可调的环状外电极紧贴于空心介质管的外壁，电源供电后在介质管内壁和电极间的区域产生等离子体，工作气体经由流量计及止回阀通过管路进入介质管内，将等离子体吹出形成等离子体射流。本发明低温等离子体射流装置，其结构较好地解决了普通平行平 板型大气压介质阻挡放电装置因放电区域狭小导致应用范围有限的 问题，使大气压介质阻挡放电产生的低温等离子体向空间扩展，由于本发明的装置所产生的等离子体流的宏观温度为常温，可用于耐热性能差的材料的表面处理；加之产生的等离子体流可具有不同形状，因 此可以方便地对不可移动的材料以及复杂形状材料表面进行改性处 理，更适合于工业化应用。
图l、本发明的低温等离子体的射流装置结构示意图；图2a、外电压2kV,氩气流速为5.88m/s时等离子体射流图；图2b、外电压2kV，氩气流速为11.76m/s时等离子体射流图；图3、本发明低温等离子体的射流装置处理细菌悬浊液效果图；具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步详细说明；一种大气压介质阻挡放电产生低温等离子体的射流装置，包括， 气源6、流量计7、止回阀8，通过管路顺序连接，并设有电极及电 源，空心管状连接头1的一端通过管路与止回阀8连接，其另一端与 空心介质管2 —端气密封连接，连接头1可以是绝缘材料或者是金属 材料与绝缘材料的结合构成的结构。由绝缘介质覆盖的电极3从介质 管2侧面引入并沿轴线位置固定于介质管2中央，构成中心电极3， 中心电极3可以由钩、铜、不锈钢、铝及其他金属导电材料制成，中 心电极3及其延伸部位上均覆盖有绝缘介质4，中心电极3上覆盖的 绝缘介质4可以是聚四氟乙烯、环氧树脂、石英玻璃其他绝缘材料。中心电极3的一端延伸出空心介质管2的外壁，并且连接在电源 的一端。空心介质管2的外壁上设置有与其外壁形状相吻合的环状外电极5，宽度和数量可调的环状外电极5紧贴于介质管2的外壁上， 所述环状外电极5至少是一件，也可以根据实际情况的需要来设置， 外电极5可以是环状的结构，其结构、尺寸及材料是可选择的，外电 极5可以由铜、不锈钢及铝等金属导电材料制成。沿轴线位置固定于介质管2轴线的中心电极3与空心介质管2外壁上的环状外电极5分别与电源的正负极相连接。所述电源可以是工频、中频或者重复频率脉冲高压电源，也可以是其他电源。所述低温等离子体的射流装置，与所述空心管状连接头1气密封连接的空心介质管2是一种两端开口的空心开放性结构，可以是由石英玻璃、氧化铝陶瓷或者有机玻璃材料制成的管状结构。一种大气压介质阻挡放电产生低温等离子体射流装置，打开工作 气体6的开关和流量计7，气体经由流量计7及止回阀8经连接头1 通过连接管路进入空心介质管2，调节流量计7可以控制进入空心介 质管2的气体流速大小，调节电源9可以控制施加电压的高低，针对 不同的技术方案，外电极5可间隔布置多条，在介质管内管壁和中心 电极之间的区域产生等离子体，由于工作气体经由流量计7及止回阀 8通过管路进入空心介质管2的空腔内，将产生的等离子体吹出形成 等离子体射流体10。本发明使用的工作气体可以是高纯度惰性气体 或者氩气、氦气、氮气、氧气或压縮空气等。本发明大气压介质阻挡放电产生低温等离子体的射流装置较好 地解决普通平行平板型大气压介质阻挡放电区域狭小的问题，使大气 压介质阻挡放电产生的低温等离子体的使用空间得以扩展，更适于工 业化的应用；同时，根据我们的实验观测和测量数据得知，本发明的 装置所产生的射流等离子体宏观温度为常温，针对不同的技术方案调整技术参数可以使射流等离子体具有不同形状，从而进一步拓宽等离 子体技术在工业、医学、纺织、食品或者科研等领域的应用范围。 图2和图3为本发明的两个具体的实施例，其中图2a、外电压2kV，氩气流速为5.88m/s时等离子体射流图;图2b、外电压2kV，氩气流速为11.76m/s时等离子体射流图；从图中可以看出，形成的等离子体射流向介质管外空间扩展，能 很好地解决普通平行平板型大气压介质阻挡放电装置因放电区域狭 小导致应用范围有限的问题；用热电偶测量所产生的等离子体射流的 宏观温度，约为2(TC，可用于耐热性能差的材料的表面处理。图3为医疗领域使用中频高压电源等离子体射流处理细菌悬浊 液效果图，其中，氩气流速11.76m/s，施加电压2kV，将盛有大肠杆菌 悬浊液的培养皿置于介质管下方2cm处，处理3分钟，细菌基本全 部死亡，得到耗能小、杀菌效率高的理想效果。
权利要求
1.一种大气压介质阻挡放电产生低温等离子体的射流装置，包括，气源(6)、流量计(7)、止回阀(8)并通过管路顺序连接、并设有电极及电源，其特征在于空心管状连接头(1)的一端通过管路与止回阀(8)连接，其另一端与空心介质管(2)一端气密封连接，介质管(2)的轴线位置设置有中心电极(3)，中心电极(3)的一端延伸出空心介质管(2)的外壁并连接电源(9)的一端，空心介质管(2)的外壁上设置有与其外壁形状相吻合的外电极(5)连接电源(9)的另一端。
2. 根据权利要求1所述大气压介质阻挡放电产生低温等离子体 的射流装置，其特征在于所述空心介质管(2)是两端开口的，由 石英玻璃、氧化铝陶瓷或者有机玻璃材料构成的空心管状结构。
3. 根据权利要求1所述大气压介质阻挡放电产生低温等离子体 的射流装置，其特征在于设置在空心介质管(2)轴线位置的中心电极(3)上覆盖有绝缘介质(4)。
4. 根据权利要求1所述大气压介质阻挡放电产生低温等离子体 的射流装置，其特征在于所述设置在空心介质管(2)外壁上的外 电极(5)可以是环状的结构，其结构及尺寸是可选择的。
5. 根据权利要求1所述大气压介质阻挡放电产生低温等离子体 的射流装置，其特征在于所述设置在空心介质管(2)的外壁上的 外电极(5)至少是一件。
6、根据权利要求1-5所述的大气压介质阻挡放电产生低温等离 子体射流装置，其特征在于设置在空心介质管(2)轴线位置的中心电 极(3)与空心介质管的外壁上设置的环状外电极(5)与工频、中频 或者重复频率脉冲高压电源(9)相连接。
全文摘要
大气压介质阻挡放电产生低温等离子体射流装置涉及气体放电等离子体应用技术领域，使用惰性气体及空气作为工作气体，将放电区域产生的等离子体以射流形式吹出，可解决平行平板型介质阻挡放电区域狭小和等离子体宏观温度高所导致的应用范围有限问题。该装置结构为空心管状连接头与空心介质管相连，绝缘介质覆盖的电极固定于介质管中央，环状电极紧贴于介质管的外壁，工作气体由流量计、止回阀经连接头进入介质管，等离子体被吹出形成等离子体射流。本发明具有等离子体宏观温度低、电子能量大、扩展范围广的优点，同时成本低廉、耗能小、可靠性高，可用于杀菌消毒、复杂形状材料表面改性、废气处理、臭氧合成以及放电光源等离子体物理化学领域。
文档编号H05H1/26GK101330794SQ20081001816
公开日2008年12月24日 申请日期2008年5月9日 优先权日2008年5月9日
发明者张冠军, 许桂敏, 跃 马 申请人:西安交通大学