[发明专利]一种在空气流或氮气流中产生大体积均匀等离子体的方法

说明书

本发明属于大气压低温等离子体应用技术领域，涉及一种在空气流或氮气流中产生大体积均匀等离子体的方法。本发明所采用的放电方式，将气流平行引入放电空间，通过气流对放电空间中热和粒子的再分布作用，产生和维持均匀放电。本发明所采用的放电方式，结合所需的放电间隙和气流速度，动态调整放电参数，能在所需工况下实现大体积均匀等离子体。此方法在相关应用领域具有有益的技术效果，有利于提高其处理均匀性和效率。

技术领域

本发明属于大气压低温等离子体技术领域，涉及一种在空气流或氮气流中产生大体积均匀等离子体的方法。

背景技术

介质阻挡放电是一种在大气压下产生低温等离子体的经济可靠的方式。通过在放电电极间插入绝缘介质，可以抑制放电向电弧放电转化，从而避免对电极材料的烧蚀和对被处理材料的损伤。由于它不需要真空系统，能直接在大气压环境下工作、装置结构也灵活简单，所以应用非常广泛，可以用在流动控制、材料处理、臭氧产生、废气处理等许多领域。但是在大气压空气和氮气介质阻挡放电中，放电通常处于丝状模式，放电外观表现为在时间和空间上随机出现的放电细丝。目前很多应用中使用的也是这种丝状放电。放电丝等离子体密度集中且能量沉积不均匀，容易造成材料的热损伤和不均匀的处理效果。为了提高应用过程中处理的均匀性和处理效率，需要提高放电的均匀性。

纳秒脉冲驱动的介质阻挡放电相比传统交流放电，由于具有陡峭的上身沿和短脉宽，被认为能够同时产生大量电子雪崩并能抑制电子不稳定性和热不稳定性，从而更有希望实现均匀放电。尽管如此，目前产生的均匀放电仅能实现局部均匀放电和小体积均匀放电。在有望实现大体积均匀放电的平行板电极结构下，纳秒脉冲驱动的介质阻挡放电一般仅能在2-3mm以内的放电间隙下产生均匀放电。在较大间隙下产生和维持大体积的均匀的等离子体是目前该领域的一大难点。

向放电空间中施加气流是一种经济、简便的调控放电特性的方式，并且在某些应用领域如流动控制、臭氧产生、废气处理等，气流的存在是不可避免的，因此在气流环境下产生大体积均匀等离子体也是相关工业应用领域的迫切需求之一。高速气流的引入通常会造成放电强度的降低，甚至使放电熄灭。在本发明中选择了合适的放电结构和气流引入方式，并提出了在放电过程中动态调整放电参数这一方法，从而能够在1-10mm放电间隙下产生大体积均匀等离子体。

发明内容

针对目前大气压空气和氮气均匀放电只能在局部放电区域或小间隙下产生这一局限，以及在气流环境下放电容易被吹熄这一缺点，本发明提供了一种在空气流或氮气流中产生大体积均匀等离子体的方法。

本发明的技术方案为：

一种在空气流或氮气流中产生大体积均匀等离子体的方法，能够在1-10mm的间隙下产生大体积均匀等离子体。

等离子体发生系统包括纳秒脉冲电源、风道系统和介质阻挡放电平板电极单元。

所述的风道系统由单级叶轮涡旋气泵(对于空气放电)或者氮气瓶(对于氮气放电)、风道和拉瓦尔喷嘴构成；空气流由单级叶轮涡旋气泵产生，在实验中氮气流通过气瓶提供；气流流经风道和拉瓦尔喷嘴进入放电间隙；气流速度可通过拉瓦尔喷嘴前端的球阀调节。

所述介质阻挡放电平板电极单元由上接线端、上电极、螺栓、上介质板、垫片、下介质板、下电极、螺母、下接线端构成。其中上、下电极为镀有氧化铟锡(ITO)导电薄膜的玻璃；

上电极通过上接线端与纳秒脉冲电源高压端连接，上接线端为铜箔A；下电极通过下接线端与纳秒脉冲电源接地端连接，下接线端为铜箔B；上、下阻挡介质为石英玻璃，上石英玻璃和下石英玻璃均有四个通孔；放电间隙通过四个具有一定厚度的尼龙垫片调节；通过四个尼龙螺栓和尼龙螺母固定上石英玻璃、垫片、下石英玻璃。