便携式微波大气压空气等离子体发生装置

1.本发明涉及等离子发生器领域，特别涉及一种便携式微波大气压空气等离子体发生装置。


背景技术：

2.近年来，大气压等离子体的研究越来越热门，具有非常可观的应用价值，也逐渐在许多领域得到了应用，如材料处理和环境保护领域，生物医学领域等。空气等离子体在各领域上的有效应用主要得益于其内含的丰富活性成份。研究表明，微波低温等离子体更能增加气体分子的激发、电离和离解过程，等离子体能量大，活性强，更易于引发相关物理、化学反应。因此，微波大气压空气等离子体在各领域上的应用和发展前景更广阔。
3.然而，目前关于微波空气等离子体的研究几乎都是将微波传输到密闭的真空或低压装置中来产生等离子体。这种装置相对笨重，处理时需将样品放置于密闭装置中，适用场景有限。如何设计合适的大气压空气等离子体源，是该项技术能否推广的核心。对于实际工程应用而言,本领域需要一种便携、安全、稳定、高效、成本低的大气压空气等离子体源。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种便携式微波大气压空气等离子体发生装置，以解决至少一个上述技术问题。
5.为解决上述问题，作为本发明的一个方面，提供了一种便携式微波大气压空气等离子体发生装置，包括：内导体和外导体，所述外导体的内部形成有通孔，所述通孔包括相互连接的第一孔段和第二孔段，所述第一孔段的直径小于所述第二孔段的直径，所述内导体穿设在所述通孔中，所述外导体与内导体在所述第一孔段处形成第一环状间隙，所述外导体与内导体在所述第二孔段处形成第二环状间隙，所述内导体的位于所述第一孔段和第二孔段区域的外表面设置有铁氟龙层，所述铁氟龙层填充并充满所述第一环状间隙，所述第二环状间隙中填充有空气，所述外导体靠近终端的外周壁上倾斜设置的进气通道。
6.优选地，所述内导体上套设有滑动环。
7.优选地，所述外导体的终端内部形成锥形腔，所述内导体的端部形成与所述锥形腔配合的锥形，所述锥形的顶点低于所述锥形腔的顶面。
8.本发明具有以下优点：
9.(1)微波低温等离子体更能增加气体分子的激发、电离、和离解过程，激发的亚态原子多，其对气体的电离和离解程度比其它类型的等离子体(如射频电场等离子体)高出一个数量级，等离子体密度大，电离度高，能量大，活性强，更易于发生或引发相关物理、化学反应。因此，在依赖于等离子体活性成分的医疗中效率更高。
10.(2)结构紧凑、小巧、方便携带，而且易于组装和量产。其中，外导体的导气孔设置很巧妙,导气孔设置在外导体柱的两端,以一定的角度斜入内导体与外导体形成的腔体内,以一种螺旋式的方式沿着内导体柱向放电尖端移动,在一定程度上稳定了气流的流动,使
尖端处的气流更加稳定,从而使等离子体束能稳定输出。
11.(3)通过谐振方式，将能量聚焦，激发等离子体所需功率降低，形成等离子体温度降低。
附图说明
12.图1示意性地示出了本发明的立体图；
13.图2示意性地示出了本发明的剖视图一；
14.图3示意性地示出了本发明的剖视图二。
15.图中附图标记：1、内导体；2、外导体；3、铁氟龙层；4、空气；5、进气通道；6、滑动环。
具体实施方式
16.以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
17.作为本发明的一个方面，提供了一种便携式微波大气压空气等离子体发生装置，应用于废料、材料处理，包括：内导体1和外导体2，所述外导体2的内部形成有通孔，所述通孔包括相互连接的第一孔段和第二孔段，所述第一孔段的直径小于所述第二孔段的直径，所述内导体1穿设在所述通孔中，所述外导体2与内导体1在所述第一孔段处形成第一环状间隙，所述外导体2与内导体1在所述第二孔段处形成第二环状间隙，所述内导体1的位于所述第一孔段和第二孔段区域的外表面设置有铁氟龙层3，所述铁氟龙层3填充并充满所述第一环状间隙，所述第二环状间隙中填充有空气4，所述外导体2靠近终端的外周壁上倾斜设置的进气通道5。
18.其中，通孔通过第一孔段和第二孔段形成为阶梯孔的结构，第一孔段中的间隙被铁氟龙层3充满用于传播电磁波；第二孔段由于直径较大，在铁氟龙层3的外部仍然形成为空间结构，其中填充空气，用作一种传播介质。在同轴的两侧对称位置设置倾斜进气通道5，气体进入同轴腔内，形成稳定气流，便于等离子体的激发。
19.优选地，所述内导体1上套设有滑动环6。
20.优选地，所述外导体2的终端内部形成锥形腔，所述内导体1的端部形成与所述锥形腔配合的锥形，所述锥形的顶点低于所述锥形腔的顶面，从而形成压缩的同轴，在此结构下，同轴的内外导体尖端不在一个平面且内导体尖端低于外导体尖端，以使微波能量聚焦在同轴内导体尖端，形成较高的场强，有利于等离子体激发。
21.工作时，将本发明通过同轴线与微波源连接，再将气体从两侧的进气通道5注入，打开微波源开关。微波能量聚焦在同轴的终端处，使得此处的电场强度很高。调节微波源的输出功率，当其到达某一值时，尖端处的电场强度击穿附近的气体，自激发产生等离子体。本发明采用谐振方式来激发等离子体，自激发空气时所需激发的微波功率较低，故产生的等离子体温度较低。
22.本发明具有以下特点：
23.(1)微波源可以是磁控管、行波管、束调管或固态源等。(2)频率为2450mhz。(3)进气管与外导体的夹角可调。(4)所用激发气体种类无固定要求，可以是空气、氩气、氦气、氮气等，或混合气体。(5)微波功率可调，可以根据所通气体的种类来调节微波功率，或对同一
种气体使用不同的微波功率，以获取不同性质的等离子体。(6)气体的流速可调。
24.本发明具有以下优点：
25.(1)微波低温等离子体更能增加气体分子的激发、电离、和离解过程，激发的亚态原子多，其对气体的电离和离解程度比其它类型的等离子体(如射频电场等离子体)高出一个数量级，等离子体密度大，电离度高，能量大，活性强，更易于发生或引发相关物理、化学反应。因此，在依赖于等离子体活性成分的医疗中效率更高。
26.(2)结构紧凑、小巧、方便携带，而且易于组装和量产。其中，外导体的导气孔设置很巧妙,导气孔设置在外导体柱的两端,以一定的角度斜入内导体与外导体形成的腔体内,以一种螺旋式的方式沿着内导体柱向放电尖端移动,在一定程度上稳定了气流的流动,使尖端处的气流更加稳定,从而使等离子体束能稳定输出。
27.(3)通过谐振方式，将能量聚焦，激发等离子体所需功率降低，形成等离子体温度降低。
28.例如，本发明可用产生的等离子处理细菌,达到杀菌的目的。使用时，工质从气体钢瓶中通入外导体的两个进气通道5，当气体充满由内外导体形成的腔体后,启动微波源，调节微波输出功率，内导体放电的尖端会产生高场强，击穿气体进行气体放电,电离气体形成低温等离子体束。将该等离子体束打在盛有细菌的培养皿(或皮肤，伤口处)中,即可将细菌杀死，达到灭菌的效果。
29.例如，本发明可用产生的等离子处理板材,达到改变板材表面粘性的目的。使用时，工质(空气)从气体钢瓶中通入外导体的两个进气通道5，当气体充满由内外导体形成的腔体后,启动微波源，调节微波输出功率，内导体放电的尖端会产生高场强，击穿空气进行气体放电,形成空气等离子体射流。将该等离子体射流打在需处理的板材上，或距离板材一定距离，等离子体通过物理和化学作用实现板材表面清洗，达到较好的粘性效果，便于粘接。
30.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。