等离子体放电装置的制作方法

本发明涉及等离子体技术领域，具体地涉及一种等离子体放电装置。

背景技术：

低温等离子体技术应用于石化废气处理过程中，对大面积均匀放电及等离子体活性要求较高。辉光放电和等离子体射流作为两种不同气体放电形式，在实际应用中各具优势。其中等离子体射流装置结构简单且生成等离子体能量高，但其放电区域主要集中于电极附近径向区域，很难实现较大区域内均匀放电。而辉光放电等离子体由于具有放电均匀稳定、等离子体密度高的优点，在薄膜沉积、材料刻蚀等领域极具应用前景，但辉光放电等离子体能量较低。目前大多数放电装置的设计及优化均基于单一放电形式，对于同时满足大面积均匀放电且产生高能量、高密度、高活性等离子体具有一定的局限性。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种等离子体放电装置，通过耦合对称格栅式等离子体射流装置和介质阻挡放电装置，使得对称格栅式等离子体射流装置和介质阻挡放电装置在同时满足气体放电的条件下，等离子体交互区的气体分子受到介质阻挡放电装置及等离子体射流的耦合激励作用而提高电离效率，进而提高等离子体密度及强度。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种等离子体放电装置，所述等离子体放电装置包括：第一格栅式等离子体射流装置，设置在介质阻挡放电装置的一侧，所述第一格栅式等离子体射流装置包括：等离子体射流放电管，所述等离子体射流放电管外壁环绕贴覆有两个具有固定间距的第一金属箔电极；介质阻挡放电装置，包括：两块绝缘介质平板，所述两块绝缘介质平板对置设置构成等离子体交互区；两个第二金属箔电极，所述两个第二金属箔电极分别贴覆于所述两块绝缘介质平板外表面，在所述等离子体射流放电管的所述两个第一金属箔电极和所述介质阻挡放电装置的所述两个第二金属箔电极获得驱动能量后，所述第一格栅式等离子体射流装置的射流体由所述等离子体射流放电管内向外喷射至所述等离子体交互区，在与所述介质阻挡放电的耦合激励作用下在所述等离子体交互区内产生高密度等离子体。

可选的，所述等离子体放电装置还包括：高压端子，分别与所述第一格栅式等离子体射流装置中处于第一水平位置的所述第一金属箔电极和所述两个第二金属箔电极中的一个第二金属箔电极连接；接地端子，分别与所述第一格栅式等离子体射流装置中的处于第二水平位置的所述第一金属箔电极和所述两个第二金属箔电极中的另一个第二金属箔电极连接，所述第一格栅式等离子体射流装置的所述第一金属箔电极和所述介质阻挡放电装置的所述第二金属箔电极通过与之相连的所述高压端子获得驱动能量。

可选的，所述第一格栅式等离子体射流装置包括多个均匀排列的所述等离子体射流放电管，所述第一金属箔电极按固定间距环绕贴覆于所述多个均匀排列的等离子体射流放电管外壁。

可选的，所述第一格栅式等离子体射流装置的所述多个均匀排列的等离子体射流放电管中：所述多个均匀排列的等离子体射流放电管的处于所述第一水平位置的所述第一金属箔电极串联连接以构成第一高压电极带；所述多个均匀排列的等离子体射流放电管的处于所述第二水平位置的所述第一金属箔电极串联连接以构成第一低压电极带，所述多个均匀排列的等离子体射流放电管通过所述高压端子获得驱动能量包括：所述高压端子为所述第一高压电极带提供驱动能量。

可选的，处于所述第一水平位置的所述第一金属箔与所述介质阻挡放电装置的距离小于处于所述第二水平位置的所述第一金属箔与所述介质阻挡放电装置的距离。

可选的，所述等离子体放电装置还包括第二格栅式等离子体射流装置，与所述第一格栅式等离子体射流装置对置，设置在所述介质阻挡放电装置另一侧。

可选的，所述第二格栅式等离子体射流装置包括：等离子体射流放电管，所述等离子体射流放电管贴覆有两个具有固定间距的所述第一金属箔电极，在所述等离子体射流放电管的所述两个第一金属箔电极和所述介质阻挡放电装置的所述两个第二金属箔电极获得驱动能量后，所述第二格栅式等离子体射流装置的射流体由所述等离子体射流放电管内向外喷射至所述等离子体交互区，在与介质阻挡放电的耦合激励作用下在所述等离子体交互区内产生高密度等离子体。

可选的，所述高压端子还与所述第二格栅式等离子体射流装置中等离子体射流放电管的处于第三水平位置的所述第一金属箔电极连接；所述接地端子还与所述第二格栅式等离子体射流装置中的等离子体射流放电管的处于第四水平位置的所述第一金属箔电极连接，所述第二格栅式等离子体射流装置中的等离子体射流放电管的所述第一金属箔电极通过所述高压端子获得驱动能量。

可选的，所述第二格栅式等离子体射流装置包括多个均匀排列的等离子体射流放电管，所述第一金属箔电极环绕贴覆于所述多个均匀排列的等离子体射流放电管外壁。

可选的，所述第二格栅式等离子体射流装置的所述多个均匀排列的等离子体射流放电管中：所述多个均匀排列的等离子体射流放电管的处于所述第三水平位置的所述第一金属箔电极串联连接以构成第二高压电极带；所述多个均匀排列的等离子体射流放电管的处于所述第四水平位置的所述第一金属箔电极串联连接以构成第二低压电极带，所述多个均匀排列的等离子体射流放电管通过所述高压端子获得驱动能量包括：所述高压端子为所述第二高压电极带提供驱动能量。

可选的，处于所述第三水平位置的所述第一金属箔与所述介质阻挡放电装置的距离小于处于所述第四水平位置的所述第一金属箔与所述介质阻挡放电装置的距离。

可选的，所述第一格栅式等离子体射流装置底部设有第一凹槽和第二凹槽；所述第二格栅式等离子体射流装置底部设有第三凹槽和第四凹槽，所述两块绝缘介质平板中的一块绝缘介质平板的两端分别嵌于所述第一格栅式等离子体射流装置底部的所述第一凹槽和所述第二格栅式等离子体射流装置底部的所述第三凹槽；所述两块绝缘介质平板中的另一绝缘介质平板的两端分别嵌于所述第一格栅式等离子体射流装置底部的所述第二凹槽和所述第二格栅式等离子体射流装置底部的所述第四凹槽。

可选的，所述两块绝缘介质平板为石英材质。

可选的，所述第一金属箔电极为铝箔电极或铜箔电极；所述第二金属箔电极为铜箔电极。

可选的，所述装置还包括：支架，所述第一格栅式等离子体射流装置、所述第二格栅式等离子体射流装置、所述高压端子及所述接地端子分别嵌入固定在所述支架中。

可选的，所述支架为有机玻璃支架。

通过上述技术方案，本发明将对称格栅式等离子体射流装置和介质阻挡放电装置进行耦合，其中，第一格栅式等离子体射流装置包括第一格栅式等离子体射流放电管，放电管外壁环绕贴覆有两个具有固定间距的第一金属箔电极；第二格栅式等离子体射流装置以相同的形式与第一格栅式等离子体射流装置对置设置在介质阻挡放电装置的另外一侧，共同构成对称格栅式等离子体射流装置；介质阻挡放电装置包括：对置设置构成等离子体交互区的两块绝缘介质平板；两个第二金属箔电极，分别贴覆于所述两块绝缘介质平板外表面，使得对称格栅式等离子体射流装置和介质阻挡放电装置在同时满足气体放电的条件下具备耦合效应，即两个第一金属箔电极和两个第二金属箔电极同时获得驱动能量后，对称格栅式等离子体射流放电管内的气体激发产生的射流体由放电管向外喷射至等离子体交互区，在与介质阻挡放电的耦合激励作用下产生高密度等离子体。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明一实施例提供的一种等离子体放电装置示意图。

图2是本发明一实施例提供的多个格栅式等离子体射流放电管的示意图。

附图标记说明

1等离子体射流放电管2-(1)有机玻璃支架梁2-(2)有机玻璃支架梁

3第一低压电极带4等离子体射流区5第一高压电极带

6第二金属箔电极7绝缘介质平板8等离子体交互区

9高压端子10接地端子11第二低压电极带

12第二高压电极带13等离子体射流放电管14第二水平位置

15第一水平位置16第三水平位置17第四水平位置

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

本发明中的等离子体放电装置包括：第一格栅式等离子体射流装置，设置在介质阻挡放电装置的一侧，第一格栅式等离子体射流装置包括：等离子体射流放电管，等离子体射流放电管贴覆有两个具有固定间距的第一金属箔电极；介质阻挡放电装置，包括：两块绝缘介质平板，两块绝缘介质平板对置设置构成等离子体交互区；两个第二金属箔电极，两个第二金属箔电极分别贴覆于两块绝缘介质平板外表面，在等离子体射流放电管的两个第一金属箔电极和介质阻挡放电装置的两个第二金属箔电极获得驱动能量后，第一格栅式等离子体射流装置的射流体由所述等离子体射流放电管内向外喷射至所述等离子体交互区，在与介质阻挡放电的耦合激励作用下在所述等离子体交互区内产生高密度等离子体。

其中，第一格栅式等离子体射流放电管可为石英材质；两个第二金属箔电极可为铜箔电极，第一金属箔电极可为铝箔电极或铜箔电极，固定间距可为能够使得在等离子体射流放电管中产生等离子体时两第一金属箔电极的最大间距。

在等离子体射流放电管的两个第一金属箔电极和介质阻挡放电装置的两个第二金属箔电极获得驱动能量后，一方面，在等离子体射流放电管内两个第一金属箔电极之间放电激发产生等离子体，产生的等离子体在气流及电场的双重作用下形成等离子体射流并喷射至等离子体交互区；另一方面，通过调节两个第二金属箔电极的放电参数，驱动介质阻挡放电装置在等离子体交互区放电。因此在等离子体交互区形成由等离子体射流及介质阻挡放电耦合的激励作用，促使更高效的碰撞电离进而产生更多的高能活性粒子，提高等离子体交互区等离子体的密度及能量。

本发明实施例通过将第一格栅式等离子体射流装置和介质阻挡放电装置进行耦合，使得在第一格栅式等离子体射流装置和介质阻挡放电装置在同时满足气体放电的情况下，第一格栅式等离子体射流装置产生的等离子体喷射至等离子体交互区，与该区域的介质阻挡放电形成耦合激励作用，诱导产生更多的高能活性粒子，增大该区域内活性粒子占比，以提高等离子体交互区中的等离子体能量和活性。

如图1所示，等离子体放电装置还包括：高压端子9，分别与第一格栅式等离子体射流装置中处于第一水平位置15的第一金属箔电极和两个第二金属箔电极6中的一个第二金属箔电极连接；接地端子10，分别与第一格栅式等离子体射流装置中处于第二水平位置14的第一金属箔电极和两个第二金属箔电极6中的另一个第二金属箔电极连接，第一格栅式等离子体射流装置中两个第一金属箔电极和介质阻挡放电装置的两个第二金属箔电极6通过与之相连的高压端子9获得驱动能量。

第一格栅式等离子体射流装置可包括多个等离子体射流放电管1，多个等离子体射流放电管1均贴覆有两个具有固定间距的第一金属箔电极。其中，第一格栅式等离子体射流装置中的各等离子体射流放电管1按一定间距平行排列，且根据对置设置的两个第二金属箔电极6形成的区域范围进行均匀分布。第一格栅式等离子体射流装置中各等离子体射流放电管1的两个第一金属箔电极分别位于第一水平位置15和第二水平位置14。

第一格栅式等离子体射流装置的多个等离子体射流放电管1中：多个等离子体射流放电管1的处于第一水平位置15的第一金属箔电极串联连接以构成第一高压电极带5；多个等离子体射流放电管1的处于第二水平位置14的第一金属箔电极可串联连接以构成第一低压电极带3，多个等离子体射流放电管1通过高压端子9获得驱动能量包括：高压端子9为第一高压电极带5提供驱动能量。

其中，处于第一水平位置15的第一金属箔与介质阻挡放电装置的距离小于处于第二水平位置14的第一金属箔与介质阻挡放电装置的距离。

具体的，第一格栅式等离子体射流装置可设置在介质阻挡放电装置的上方(以图1作为参考)，第一水平位置15为各等离子体射流放电管1的两个第一金属箔中更靠近介质阻挡放电装置的第一金属箔的位置，第二水平位置14为各等离子体射流放电管1的两个第一金属箔中距离介质阻挡放电装置更远的第一金属箔的位置。如此，与高压端子9连接的第一高压电极带5的第一金属箔电极和贴覆在两块绝缘介质平板7中处于介质阻挡放电装置正面的绝缘介质平板的外表面的第二金属箔电极为高电位，与接地端子10连接的第一低压电极带3的第一金属箔电极和贴覆在两块绝缘介质平板7中处于介质阻挡放电装置背面的绝缘介质平板的外表面的第二金属箔电极为低电位，等离子体射流管中的气流方向为低电位流向高电位方向，即等离子体射流放电管1中的气体由第二水平位置14向第一水平位置15运动。如此，来自等离子体射流区4的高能带电粒子做定向运动，随气流进入等离子体交互区8中，与由两个第二金属箔电极6形成的电场激励作用相互耦合，提高等离子体交互区粒子激发电离效率，从而诱导产生大面积均匀高能量的等离子体，进而丰富了等离子体交互区8的活性粒子，实现在均匀放电条件下提高系统产生等离子体的密度、活性及能量。

可以理解，为使得第一格栅式等离子体射流与介质阻挡放电有效耦合，等离子体射流放电管1中的等离子体射流必须由放电管喷射至等离子体交互区8，因此两个第一金属箔电极与高压端子9或接地端子10的连接方式是固定的；而介质阻挡放电装置的两第二金属箔电极6与高压端子9或接地端子10的连接并不限于本发明实施例中的选择方式，也可是正面的绝缘介质平板的外表面的第二金属箔电极与接地端子10连接，背面的绝缘介质平板的外表面的第二金属箔电极与高压端子9连接。可以理解，此处所述的正面和背面仅仅是为表述介质阻挡放电装置的两个不同位置的第二金属箔电极，仅为示例性表述，并无限制性意义。

此外，多个等离子体射流放电管1的处于第一水平位置15的第一金属箔电极除通过串联连接构成第一高压电极带5与高压端子9连接以获得驱动能量外，也可各自分别与高压端子9进行连接以获得驱动能量；同理，多个等离子体射流放电管1的处于第二水平位置14的第一金属箔电极除通过串联连接构成第一高压电极带5与接地端子10连接外，也可各自分别与接地端子10进行连接。

等离子体放电装置还包括第二格栅式等离子体射流装置，与第一格栅式等离子体射流装置对置，设置在介质阻挡放电装置另一侧。与第一格栅式等离子体射流装置类似，第二格栅式等离子体射流装置包括：等离子体射流放电管13，等离子体射流放电管13的外壁环绕贴覆有两个具有固定间距的第一金属箔电极，在等离子体射流放电管13的两个第一金属箔电极和介质阻挡放电装置的两个第二金属箔电极6获得驱动能量后，等离子体射流和介质阻挡放电在等离子体交互区8耦合作用产生高密度等离子体。

其中，在等离子体射流放电管13的两个第一金属箔电极和介质阻挡放电装置的两个第二金属箔电极6获得驱动能量后，一方面，在等离子体射流放电管13内两个第一金属箔电极之间放电激励产生等离子体，且在气流及电场的双重作用下形成等离子体射流并由管内喷射至等离子体交互区8；另一方面，通过调节介质阻挡放电装置的放电参数，驱动介质阻挡放电装置在等离子体交互区8放电。因此在等离子体交互区8形成由等离子体射流及介质阻挡放电耦合的激励作用，提高气体放电过程的活性粒子产生效率，进而达到产生高能量密度等离子体的目的。

高压端子9还可与等离子体射流放电管13的处于第三水平位置16的第一金属箔电极连接；接地端子10还可与等离子体射流放电管13的处于第四水平位置17的第一金属箔电极连接，射流放电管13的两个第一金属箔电极通过高压端子9获得驱动能量。

第二格栅式等离子体射流装置包括多个等离子体射流放电管13，多个等离子体射流放电管13外壁贴覆有两个具有固定间距的第一金属箔。

第二格栅式等离子体射流装置的多个等离子体射流放电管13中：多个等离子体射流放电管13的处于第三水平位置16的第一金属箔电极串联连接以构成第二高压电极带12；多个等离子体射流放电管13的处于第四水平位置17的第一金属箔电极串联连接以构成第二低压电极带11，多个等离子体射流放电管13通过高压端子9获得驱动能量包括：高压端子9为第二高压电极带12提供驱动能量。

处于第三水平位置16的第一金属箔与介质阻挡放电装置的距离小于处于第四水平位置17的第一金属箔与介质阻挡放电装置的距离。

具体的，第二格栅式等离子体射流装置可设置在介质阻挡放电装置的下方(以图1作为参考)，第三水平位置16为各等离子体射流放电管13的两个第一金属箔中更靠近介质阻挡放电装置的第一金属箔的位置，第四水平位置17为各等离子体射流放电管13的两个第一金属箔中距离介质阻挡放电装置更远的第一金属箔的位置。如此，与高压端子9连接的第二高压电极带12的各第一金属箔电极为高电位，与接地端子10连接的第二低压电极带11的各第一金属箔电极为低电位，等离子体射流放电管13中的气体由第四水平位置17流向第三水平位置16。如此，来自等离子体射流区4的高能带电粒子随气流进入等离子体交互区8中，与等离子体交互区8的介质阻挡放电耦合，提高等离子体交互区8活性粒子的激励电离效率，诱导产生更多的活性粒子，进而实现提高系统产生等离子体的密度、活性及能量。

由于第一高压电极带5和第二高压电极带12均与高压端子9连接，第一低压电极带3和第二低压电极带11均与接地端子10连接，高压端子9输出电能时，第一格栅式等离子体射流装置、第二格栅式等离子体射流装置和介质阻挡放电装置在同时满足气体放电的条件下，第一格栅式等离子体射流装置和第二格栅式等离子体射流装置产生的等离子体射流分别由两绝缘介质平板7的上下两端流向介质阻挡放电装置的等离子体交互区8，与介质阻挡放电耦合作用，从而丰富等离子体交互区8活性粒子组分及浓度，进而提高等离子体强度。

本发明实施例通过分别在介质阻挡放电装置的上下两端设置第一格栅式等离子体射流装置和第二格栅式等离子体射流装置，其中，第二格栅式等离子体射流装置以相同的形式与第一格栅式等离子体射流装置对置设置在介质阻挡放电装置的另外一侧，共同构成对称格栅式等离子体射流装置，从而实现射流放电与辉光放电两种放电方式的耦合。相比于基于单一放电形式的条件下，通过优化有限的放电参数来提高活性物质生成效率，或采用多段单一放电串联的方式，通过优化各级反应装置以达到提高等离子体的应用效果，其提高等离子体强度的方式仅局限于提高注入能量，而本发明实施例利用了电场对高能活性粒子的二次激励作用，即介质阻挡放电装置的电场作用于等离子体射流区域活性组分，实现高能活性粒子再碰撞激发，从而诱导产生大面积均匀高能量的等离子体。

等离子体放电装置还可包括有机玻璃框型支架，该框型支架分别由水平的两个有机玻璃支架梁2-(1)和竖直的两个有机玻璃支架梁2-(2)组成。第一格栅式等离子体射流装置、第二格栅式等离子体射流装置、高压端子9及接地端子10可分别嵌入穿过支架的四个梁，以固定在该支架上。支架可为有机玻璃材质，第一格栅式等离子体射流装置、第二格栅式等离子体射流装置固定在支架上作为等离子体射流的主体结构。

图2是本发明一实施例提供的多个格栅式等离子体射流放电管的示意图。其中，多个格栅式等离子体射流放电管同底且平行排列，底部各设有两行凹槽，分别用于嵌入两块绝缘介质平板。第一格栅式等离子体射流装置的多个等离子体射流放电管和第二格栅式等离子体射流装置的多个等离子体射流放电管可采用该多个格栅式等离子体射流放电管的结构，将两块绝缘介质平板中的一块绝缘介质平板的上下两端分别嵌于第一格栅式等离子体射流装置的等离子体射流放电管底部的第一凹槽和第二格栅式等离子体射流装置的等离子体射流放电管底部的第三凹槽；两块绝缘介质平板中的另一绝缘介质平板的上下两端分别嵌于第一格栅式等离子体射流装置的等离子体射流放电管底部的第二凹槽和第二格栅式等离子体射流装置的等离子体射流放电管底部的第四凹槽，从而实现第一格栅式等离子体射流装置、介质阻挡放电装置及第二格栅式等离子体射流装置的耦合。

在上述实施例基础上，本发明实施例通过在同底的第一格栅式等离子体射流装置的多个等离子体射流放电管和第二格栅式等离子体射流装置的多个等离子体射流放电管的底部分别设置两行凹槽，以分别嵌入两块绝缘介质平板，实现了第一格栅式等离子体射流装置、介质阻挡放电装置及第二格栅式等离子体射流装置的耦合，从而为实现射流放电和辉光放电的耦合提供结构基础。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。