大气压介质阻挡放电增强型直流交替电极低温等离子体射流阵列制造技术

本发明专利技术提供一种大气压介质阻挡放电增强型直流交替电极低温等离子体射流阵列，更大程度地降低射流装置工作时耗，提高工作效率，并在相对较低能耗下产生较大尺寸等离子体射流。本发明专利技术包括具有进气端口和出气端口的窄缝腔体、直流主放电电极和一对介质阻挡放电平板电极，直流主放电电极为多个柱形的阳极、阴极，均沿出气端口的厚度方向插入窄缝腔体；多个阳极和阴极沿平行于出气端口的直线依次交替布置，以柱面作为放电端面，组成直流放电单元的线型阵列，设阳极个数为n，则阴极个数为n+1或n‑1。本发明专利技术巧妙地利用直流主放电中阳极和阴极呈线型交替布置特征，以及直流辉光并联放电特性，实现了较低能耗下产生较大尺寸等离子体射流。

Atmospheric pressure dielectric barrier discharge enhanced DC alternating electrode low temperature plasma jet array

The invention provides a high pressure dielectric barrier discharge enhanced DC alternating electrode low temperature plasma jet array, which greatly reduces the working time consumption of the jet device, improves the working efficiency, and produces a larger size plasma jet under relatively low energy consumption. The invention includes a narrow slot cavity with an inlet port and an outgassing port, a DC main discharge electrode and a pair of dielectric barrier discharge plate electrodes. The DC main discharge electrode is a plurality of columnar anodes and cathodes, both along the thickness direction of the outgassing port, and a plurality of anodes and cathodes parallel to the outgassing port. A linear array of DC discharge units is made by using the cylinder as the discharge end. The number of cathode is n, and the number of cathode is n+1 or n 1. The invention makes use of the alternating layout of the anode and the cathode in the main discharge of the DC main discharge and the characteristic of direct current glow parallel discharge, which can produce a larger size plasma jet in lower energy consumption.

【技术实现步骤摘要】
大气压介质阻挡放电增强型直流交替电极低温等离子体射流阵列
本专利技术涉及一种低温等离子体射流发生装置。
技术介绍
中国专利ZL201210006023.4《介质阻挡放电增强型低温等离子体电刷发生装置》中公开的介质阻挡放电增强型低温等离子体电刷发生装置，由一个主体腔室，一对主放电电极，一对介质阻挡放电(DBD)平板电极，一个限流电阻，一个质量流量计和两个电源设备组成。主体腔室包括两个端口，一个端口为进气端口，另一个端口为出气端口，主体腔室内靠近该出气端口的部分自然形成窄缝腔体。在窄缝腔体处，布置着主放电的两个电极，电极相互正对的放电端面为平面或针尖状。主放电电极的回路上还串联有限流电阻。在进气端口与主放电电极的位置之间还设置有用以对工作气体进行预电离的一对DBD平板电极，两平板电极金属表面紧贴窄缝腔体外壁上。主体腔室是由如聚四氟乙烯一类的聚合物或绝缘陶瓷材料制成；电极为耐热的金属材料。为主放电电极提供放电电压的电源既可以采用直流也可以采用交流；为平板电极提供放电电压的电源采用交流电源。质量流量计用来控制流经腔室的等离子体气流。电路中串联的限流电阻可以抑制阴极区域的电场波动，限制两极之间放电电流的大小，防止辉光放电转变成电弧放电，从而使得在气体腔室中可以产生稳定的辉光放电。工作时，让工作气体(等离子体维持气体和/或活性气体)从进气端口流入腔室，当流经两平板电极所对应的区域时，在两电极上外加一定的交流电压，电压幅值控制在工作气体击穿阈值附近，确保DBD功率不大于1W。经DBD预处理的部分预电离气体在穿越腔室之前，在靠近出气端口主放电所对应的两个电极上外加一定的电压来再次激发预电离的工作气体，使其放电产生刷状的等离子体射流，从出气端口喷出，形成大气压低温等离子体电刷。尽管与早期的等离子体发生装置相比，该装置优势明显，其结构简明、无需昂贵的真空系统就可以在常压下产生低温等离子体射流，等离子体射流放电更稳定，一定程度上也减少了工作能耗。然而，进一步从提高等离子体射流工作效率来考虑，该装置仍然不甚理想。由于受到外加直流电源幅值和直流电极间击穿场强的限制，射流的宽度通常不大于15mm。因而，射流发生装置在处理大面积样品时，耗时较长，工作效率低下，不易于在工业、医疗、卫生等领域开展大规模的应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种大气压介质阻挡放电增强型直流交替电极低温等离子体射流阵列，对
技术介绍
中的技术方案进行改进，更大程度地降低射流装置工作时耗，提高工作效率，并在相对较低能耗下产生较大尺寸等离子体射流。为实现以上专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：该大气压介质阻挡放电增强型直流交替电极低温等离子体射流阵列，包括具有进气端口和出气端口的主体腔室、直流主放电电极和一对介质阻挡放电平板电极，主体腔室由绝缘材料制成；所述出气端口为窄缝状，主体腔室内靠近出气端口的部分形成窄缝腔体，出气端口的宽度与厚度之比为5～100：1；所述直流主放电电极设置在窄缝腔体处，所述平板电极位于进气端口与主放电电极之间用来预电离工作气体；有别于现有技术的是：所述直流主放电电极为多个柱形的阳极、阴极，均沿出气端口的厚度方向插入窄缝腔体；多个阳极和阴极沿平行于出气端口的直线依次交替布置，以柱面作为放电端面，组成直流放电单元的线型阵列，设阳极个数为n，则阴极个数为n+1或n-1。基于上述基本方案，本专利技术还做如下优化限定和改进：位于所述线型阵列的两端的直流主放电电极是偶数类(总数为偶数的一类)直流主放电电极；奇数类(总数为奇数的一类)直流主放电电极与其相邻的两个直流主放电电极并联后，再串联一个限流电阻构成回路；各个奇数类的直流主放电电极所在的回路彼此构成并联结构，且相应串联的限流电阻相等。这种电连接方式整体均衡，能够确保所有的放电单元同时放电，否则由于各个直流主放电电极的结构难以做到完全相同，若全部直流主放电电极先并联再串联一个总的限流电阻，则很可能只有少部分放电单元放电。当然，也可以对每个直流放电单元单独串联一个对应的限流电阻形成回路。在直流主放电电极中，若阳极数量比阴极数量多一，则直流主放电电极的回路上限流电阻一端与阴极相接，另一端接地；若阴极数量比阳极数量多一，则直流主放电电极的回路上限流电阻一端与阳极相接，另一端接电源高压端。所述直流主放电电极的形状为圆柱体。各个直流主放电电极等间距排列，间距为5-20mm，直流主放电电极的直径均为0.1-1mm。上述窄缝腔体的结构形式可以是：主体腔室内自进气端口至出气端口逐渐收缩或趋于扁平；或者主体腔室内整体即为窄缝腔体，效果更佳。进一步的，优选主体腔室内整体为长方体的窄缝腔体，平板电极的金属表面沿长方体宽边平行紧贴窄缝腔体外壁上，窄缝腔体的腔壁作为平板电极介质阻挡放电的绝缘介质层；平板电极与主放电电极沿工作气体流速方向的间距不小于1mm。为平板电极提供放电电压的电源采用交流电源，交流电源的频率从工频至13.56MHz的射频范围内可调；电源模式为连续或脉冲形式；其中，平板电极的放电电流有效值不大于20mA(放电电压幅值根据因放电电压与窄缝宽度、工作气体类别、两边的腔壁厚度确定，一般在100～9000伏)。上述平板电极介质阻挡放电功率不大于2W时，工作气体流速为10～100L/min；以10～30L/min更佳。上述主体腔室(的腔壁)可以由聚四氟乙烯、绝缘陶瓷或两者的混合材料制成。上述主放电电极和平板电极最好采用由铜、铝、钨、镍、钽、铂或其合金制成的电极，主放电电极中的阳极和阴极为圆柱体，阳极和阴极相互正对的放电端面为圆柱面。本专利技术巧妙地利用直流主放电中阳极和阴极呈线型交替布置特征，以及直流辉光并联放电特性，实现了在较低能耗下产生较大尺寸等离子体射流的目的。具体有以下显著效果：(1)与
技术介绍
相比，在工作气体具有相同流速的情况，等离子体射流具备较宽的尺寸；(2)与
技术介绍
相比，在直流放电单元具有相同的平均放电电流时，等离子体射流尺寸更大，化学活性更强；(3)与
技术介绍
相比，在处理相同尺寸大面积样品时，用时较少，工作效率较高；(4)与现有等离子体射流阵列相比，等离子体均匀性更好，样品处理效果更佳。附图说明图1为本专利技术主体结构示意图。图2为本专利技术装置的工作示意图。图3为本专利技术装置直流主放电在介质阻挡放电辅助情况下，通过伏安特性调制产生的等离子体射流阵列。图4为(a)非并联直流辉光放电单元对与(b)并联直流辉光放电单元对产生的等离子体射流组合。图5为非并联直流辉光放电单元对与并联直流辉光放电单元对等离子体射流中心部位的发射光谱。图6为在阳极个数为4，阴极个数为3时，直流主放电原理示意图。图7为在阳极个数为3，阴极个数为4时，直流主放电原理示意图。附图标号说明：10-(本专利技术的)主体结构；12-主体腔室；14-进气端口；16-出气端口；17、18-平板电极；27、28、29-限流电阻；30、40-电源设备；36-被处理物体；51、52、53、54-阴极；61、62、63-阳极；71、72、73、74、75、76-直流放电单元。具体实施方式本领域技术人员考虑对等离子体发生装置射流宽度的增大和工作效率的提高时，通常是将若干独立或不受影响的等离子体射流组成一维或二维等离子体射流阵列，每个单独的等离子体射流与外加电源和辅助电子器件本文档来自技高网...

【技术保护点】
大气压介质阻挡放电增强型直流交替电极低温等离子体射流阵列，包括具有进气端口和出气端口的主体腔室、直流主放电电极和一对介质阻挡放电平板电极，主体腔室由绝缘材料制成；所述出气端口为窄缝状，主体腔室内靠近出气端口的部分形成窄缝腔体，出气端口的宽度与厚度之比为5～100：1；所述直流主放电电极设置在窄缝腔体处，所述平板电极位于进气端口与主放电电极之间用来预电离工作气体；其特征在于：所述直流主放电电极为多个柱形的阳极、阴极，均沿出气端口的厚度方向插入窄缝腔体；多个阳极和阴极沿平行于出气端口的直线依次交替布置，以柱面作为放电端面，组成直流放电单元的线型阵列，设阳极个数为n，则阴极个数为n+1或n‑1。

【技术特征摘要】
1.大气压介质阻挡放电增强型直流交替电极低温等离子体射流阵列，包括具有进气端口和出气端口的主体腔室、直流主放电电极和一对介质阻挡放电平板电极，主体腔室由绝缘材料制成；所述出气端口为窄缝状，主体腔室内靠近出气端口的部分形成窄缝腔体，出气端口的宽度与厚度之比为5～100：1；所述直流主放电电极设置在窄缝腔体处，所述平板电极位于进气端口与主放电电极之间用来预电离工作气体；其特征在于：所述直流主放电电极为多个柱形的阳极、阴极，均沿出气端口的厚度方向插入窄缝腔体；多个阳极和阴极沿平行于出气端口的直线依次交替布置，以柱面作为放电端面，组成直流放电单元的线型阵列，设阳极个数为n，则阴极个数为n+1或n-1。2.根据权利要求1所述的大气压介质阻挡放电增强型直流交替电极低温等离子体射流阵列，其特征在于：位于所述线型阵列的两端的直流主放电电极是偶数类的直流主放电电极；奇数类的直流主放电电极与其相邻的两个直流主放电电极并联后，再串联一个限流电阻构成回路；各个奇数类的直流主放电电极所在的回路彼此构成并联结构，且相应串联的限流电阻相等。3.根据权利要求2所述的大气压介质阻挡放电增强型直流交替电极低温等离子体射流阵列，其特征在于：在直流主放电电极中，若阳极数量比阴极数量多一，则直流主放电电极的回路上限流电阻一端与阴极相接，另一端接地；若阴极数量比阳极数量多一，则直流主放电电极的回路上限流电阻一端与阳极相接，另一端接电源高压端。4.根据权利要求1所述的大气压介质阻挡放电增强型直流交替电极低温等离子体...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤洁，雷冰莹，李静，王静，王屹山，张同意，赵卫，段忆翔，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61