一种可二维拉伸与弯曲的微米阵列等离子体反应器及其制备方法

本发明涉及等离子体源的设计与制造，尤其涉及一种可二维拉伸与弯曲的微米阵列等离子体反应器及其制备方法。

背景技术：

1、等离子体含有大量的激发态原子、高能电子和自由基等活性粒子，拥有较高的化学与生物反应活性，被广泛应用于生物医学、材料处理和能源转化等领域。然而，随着等离子体技术与各领域的深度融合，如何高质、高效、均匀地处理复杂三维物体和不规则表面，成为了等离子体源开发领域研究者们共同关注的热点和难点问题。包括等离子体射流、滑动电弧放电和介质阻挡放电在内的常规等离子体产生方式由于受到有限等离子体接触面积、狭窄放电空间和刚性介质材料的限制，难以满足大面积不规则材料表面的处理需求。具有高表面适应性，同时轻薄、便捷、稳定的新型柔性等离子体反应器，可有效解决这一问题。

2、pdms（聚二甲基硅氧烷），具有耐热性、耐寒性、防水性、导热性，无毒无味，具有生理惰性、良好的化学稳定性。电绝缘性和耐候性、疏水性好，并具有很高的抗剪切能力，可在-50℃～200℃下长期使用。镓铟合金是一种稳定安全无毒的低熔点的液态金属，具有良好的导电性，同时具有柔软性、流动性、可塑性，是一种优秀的柔性导电材料。

3、目前的柔性等离子体源常采用pi或pet为基底，主要以柔性印刷电路技术制作完成，具有弯曲能力，并通过表面介质阻挡放电的方式产生等离子体。等离子体在柔性等离子体源的表面产生，并向周围扩散，最终作用于待处理对象。现有柔性等离子体源的阻挡介质一般采用不具有弹性的有机材料，电极采用不具有拉伸性能的金属材料，其应用场景受到了较大限制，如在紧贴皮肤表面使用等离子体处理创口时，无法随关节的弯曲而拉伸。使用柔性等离子体源处理材料时，要求其可大面积、均匀、稳定放电，而现有的柔性拉伸器件，无法同时满足较大的电极覆盖面积与准确的电极结构精度的要求。微小的电极尺寸与位置误差将使得局部电场增强，从而导致放电不均甚至器件击穿。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种可二维拉伸与弯曲的微米阵列等离子体反应器及其制备方法，本申请中针对现有柔性等离子体源仅可弯曲、不可拉伸的半柔性问题，以及为实现全柔性所要求的大尺寸、高精度的制备工艺问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种可二维拉伸与弯曲的微米阵列等离子体反应器，包括弹性绝缘基底、设置在所述弹性绝缘基底内的叉指型电极；

4、其中所述弹性绝缘基底包括带有叉指型微流道的基底、封装在所述基底上的封装层；

5、其中在所述基底上的叉指型微流道内设置有叉指型电极；

6、在所述封装层上设置有用于叉指型电极连接外部的两个通孔；

7、所述叉指型电极包括交错排列在所述叉指型微流道内的放电电极接地部分和放电电极高压部分；

8、其中所述放电电极接地部分和放电电极高压部分分别通过头部电极和颈部电极分别连接不同的通孔。

9、优选的，所述弹性绝缘基底为pdms弹性基底。

10、优选的，所述基底上的叉指型微流道通过光刻法预制。

11、优选的，所述封装层通过旋涂液态pdms并固化实现与所述基底的无缝键合。

12、优选的，所述叉指型电极通过液态镓铟合金制成。

13、本发明提供了一所述的可二维拉伸与弯曲的微米阵列等离子体反应器的制备方法，包括如下步骤：

14、s1、首先，利用光刻法在pdms的表面生成叉指状的微流道，并以此作为反应器的pdms基底；

15、s2、随后使用甲苯对pdms基底进行材料改性，生成可减少后续转印过程中镓铟合金表面残留的疏水层；

16、s3、将一块平整的pdms作为转印基底，并在其表面涂布液态镓铟合金5；

17、s4、将带有疏水层与微流道的基底固定于电位移平台上，并相对转印基底垂直往复运动多次，可使液态镓铟合金5充满微流道，在基底上形成叉指状电极；

18、s5、对转印完毕后的器件进行封装，所述叉指状电极和所述基底上形成封装层，完成所述等离子体反应器的制备过程。

19、优选的，在s2中，甲苯对pdms基底的疏水改性时间为5~10min。

20、优选的，在s3中，制备平整pdms转印基底的旋涂速度宜为500~1500r/s，转印基底的pdms预聚物与固化剂的固化温度50~70℃，所需时间为1h。

21、优选的，所述等离子体反应器可直接与人体接触，实现对皮肤伤口消毒灭菌。

22、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

23、本发明采用高压电极与接地电极交错排列于同一平面并位于绝缘介质内部的共面型介质阻挡放电的柔性电极结构。相比于常用的异面介质阻挡放电，本发明中高压电极与接地电极的共面设计，虽提高了其制造难度，但较大减少了结构厚度，增强了柔性等离子体源的弯曲与拉伸能力。同时，电极的非暴露设计使得本发明可长时间稳定工作，并大大加强了其放电中的安全性。本发明用于皮肤伤口消毒灭菌时，可直接与人体接触。

24、本发明提出了一种以共面介质阻挡放电为结构、采用pdms和液态镓铟合金为材料的柔性等离子体源及其基于印章法的制备方法。pdms的弹性和液态镓铟合金的流动性保证了柔性等离子体源可长期、多次地拉伸、弯曲，具有一定的形变和断路自恢复能力。此外，本发明采用的印章法制造技术可使有效放电面积达25cm2的同时，其电极结构精度达10mm，10倍高于目前基于柔性印刷电路技术制造的等离子体源的电极的结构精度，保证了放电产生等离子体的均匀性与稳定性。

技术特征：

1.一种可二维拉伸与弯曲的微米阵列等离子体反应器，其特征在于：包括弹性绝缘基底（1）、设置在所述弹性绝缘基底（1）内的叉指型电极（2）；

2.根据权利要求1所述的可二维拉伸与弯曲的微米阵列等离子体反应器，其特征在于：所述弹性绝缘基底（1）为pdms弹性基底。

3.根据权利要求1所述的可二维拉伸与弯曲的微米阵列等离子体反应器，其特征在于：所述基底（1-2）上的叉指型微流道通过光刻法预制。

4.根据权利要求1所述的可二维拉伸与弯曲的微米阵列等离子体反应器，其特征在于：所述封装层（1-1）通过旋涂液态pdms并固化实现与所述基底（1-2）的无缝键合。

5.根据权利要求1所述的可二维拉伸与弯曲的微米阵列等离子体反应器，其特征在于：所述叉指型电极（2）通过液态镓铟合金制成。

6.根据权利要求1-5任一所述的可二维拉伸与弯曲的微米阵列等离子体反应器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的可二维拉伸与弯曲的微米阵列等离子体反应器的制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求6所述的可二维拉伸与弯曲的微米阵列等离子体反应器的制备方法，其特征在于：

9.根据权利要求6所述的可二维拉伸与弯曲的微米阵列等离子体反应器的应用，其特征在于：所述等离子体反应器可直接与人体接触，实现对皮肤伤口消毒灭菌。

技术总结
本发明公开了一种可二维拉伸与弯曲的微米阵列等离子体反应器及其制备方法，本申请中针对现有柔性等离子体源仅可弯曲、不可拉伸的半柔性问题，以及为实现全柔性所要求的大尺寸、高精度的制备工艺问题。本发明提出了一种以共面介质阻挡放电为结构、采用PDMS和液态镓铟合金为材料的柔性等离子体源及其基于印章法的制备方法。PDMS的弹性和液态镓铟合金的流动性保证了柔性等离子体源可长期、多次地拉伸、弯曲，具有一定的形变和断路自恢复能力。此外，本发明采用的印章法制造技术可使有效放电面积达25cm<supgt;2</supgt;的同时，其电极结构精度达10mm，10倍高于目前基于柔性印刷电路技术制造的等离子体源的电极的结构精度，保证了放电产生等离子体的均匀性与稳定性。

技术研发人员：张冠军,孙宇豪,张波,赵航,范磊
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25