[发明专利]一种裸电极和介质阻挡两用的等离子体射流发生装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种裸电极和介质阻挡两用的等离子体射流发生装置，属于等离子体放电反应器技术领域。

背景技术

由于冷等离子体处于非热力学平衡态，其内部中性粒子温度较低而电子温度较高，致使其在宏观温度较低同时有较高活性。冷等离子体可对材料表面快速改性、灭活同时不会造成烧伤等不可逆破坏，因此在近年来被广泛用于表面改性、材料合成、废水处理、灭菌消毒等领域。

在使用等离子体对材料进行处理时，材料的形状及尺寸会受到等离子体放电间隙的限制。为解决上述问题，近年来研究人员研制出冷等离子体射流技术，可将微小间隙下的放电引出至开放空间中。冷等离子体射流的直径为几微米至几毫米，长度可通过改变电压及气体流量调节为几毫米至几百毫米，可方便应用于对材料的局部小范围或大面积处理。

大气压冷等离子体射流无需真空腔，可对多批次样品连续处理，更适合于实际应用。大气压等离子体射流多通过介质阻挡放电产生并引出。公开号为CN101330794A、CN101466194A、CN101426327A、CN101652016A的专利，分别使用不同结构的电极装置，通过介质阻挡放电产生冷等离子体射流。上述装置可有效对聚合物等绝缘材料进行改性，有一定的研究价值和应用前景，但由于这些装置基于电极悬浮或介质击穿产生射流，导致射流的空间电位较高，在实际应用中处理金属等导电材料将与金属之间发生击穿放电，放电产生的高温将损坏表面。裸电极放电产生的冷等离子体射流温度较低，且具有较低的空间电位，可用手触及。此类射流可用于金属等导电性材料的改性处理。上述两种放电形式若能通过电极结构的简单转化而实现，可有效降低设备成本、提高等离子体发生器的广泛适用性。

发明内容

本发明提供了一种裸电极和介质阻挡两用的等离子体射流发生装置，具有两种放电形式，可根据实际应用需要产生介质阻挡冷等离子体射流或裸电极冷等离子体射流。工作气体可为氮气、氧气、空气、氦气、氩气或上述几种气体的混合气。

本发明的技术方案：

一种裸电极和介质阻挡两用的等离子体射流发生装置，包括高压电源5、工作气源6、气体减压阀7、气体质量流量控制器8、等离子体发生器1和绝缘套管4；

高压电源5的高压输出接等离子体发生器1的高压针电极2，低压输出接等离子体发生器1的喷嘴电极，高压电源5地线接地；工作气源6经气体减压阀7调整压力后，接气体质量流量控制8入口，通过调整气体质量流量控制器8参数，对气体流量进行调节；气体质量流量控制器8出口接等离子体发生器1壳体尾部；等离子体发生器1的壳体正中设有中心孔，中心孔的孔径与高压针电极2外径相同，用以固定高压针电极2，高压针电极2前端套有绝缘套管4；中心孔的周围均布小通孔，以将工作气体运输至等离子体发生区域；等离子体发生器1的壳体前端攻有螺纹，连接喷嘴电极；喷嘴电极为锥台状，尾部与壳体前端连接，顶部有一圆形通孔，当放电形式为裸电极放电时，冷等离子体射流从此处射出；当绝缘套管4套在高压针电极2尖端外、喷嘴电极内时，放电形式为介质阻挡放电，冷等离子体射流由绝缘套管内喷出。

调整电源电压、频率及工作气体流量后，通过插入、移除绝缘套管，可在大气压由介质阻挡放电或裸电极放电两种放电形式产生均匀、稳定的冷等离子体射流，射流的长度可由放电电压及气体流量调节。

本发明的有益效果：该装置使用针电极、喷嘴电极及绝缘套管，可产生两种不同形式的放电，具有不同应用价值：介质阻挡放电的活性粒子浓度较高但同时易于与金属等导体发生击穿，适用于非金属材料的快速改性、灭菌；裸电极放电产生的冷等离子体射流温度较低且不会与金属表面发生击穿放电。本装置可根据不同应用场合需求，仅通过插入、移除绝缘套管即产生不同放电形式的冷等离子体射流，无需特别设计其他装置或提供其他设备。另外，该装置可使用直流高压电源、低频高压电源、射频高压电源、微波高压电源或脉冲高压电源等任何一种可产生等离子体的高压电源产生射流，且无需真空设备，可有效降低购置电源等设备成本。综上所述，该装置在常温常压环境下即可获得均匀稳定、温度较低的冷等离子体射流，且可通过调整装置中部件的位置改变放电形式，具有结构简单、射流温度较低、操作方便等特点。

附图说明

图1是大气压介质阻挡放电冷等离子体射流发生装置示意图。

图2是大气压裸电极冷等离子体射流发生装置示意图。

图中：1等离子体发生器；2高压针电极；3等离子体射流；4绝缘套管；

5高压电源；6工作气源；7气体减压阀；8气体质量流量控制器。