一种可产生均匀连续放电或等离子体光子晶体的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种可产生均匀连续放电或等离子体光子晶体的装置及方法。该装置包括放电机构、供气机构和供电机构；所述放电机构包括空心针电极、电介质块和液体电极；空心针电极竖直插接在电介质块内，并通过电介质管与供气机构中的气瓶相接；液体电极位于空心针电极的下方；空心针电极与供电机构中的高压直流电源的高压输出端电连接，液体电极接地线。仅利用大气环境中的空气为工作气体，在两电极之间可产生均匀连续放电；当通过电介质管向空心针电极通入惰性气体时，在两电极之间可产生周期性排列的等离子体光子晶体。本发明专利技术提供的装置利用不同的工作气体，可以产生大气压均匀连续放电或等离子体光子晶体，实现了功能的多样化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及等离子体应用技术和光学
，具体地说是一种可产生均匀连续放电或等离子体光子晶体的装置及方法。
技术介绍
大气压气体放电产生的非平衡态等离子体具有广泛的应用前景，例如在医学领域上用于杀菌消毒、伤口愈合、癌症治疗等；在工业领域上用于材料生长、表面改性、集成电路刻蚀、污水净化等；在军事领域上用于飞行器减阻、航空器隐身等。近年来，如何在大气环境中产生大面积均匀连续放电一直是低温等离子体源的研究热点。介质阻挡放电能产生大面积均匀放电，但放电不稳定，很容易过渡到不均匀的丝状放电。与之相比，喷枪能够产生一定尺度的稳定均匀放电。例如，微空心阴极结构的喷枪（Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 241501）在直流激励下可产生大气压均匀等离子体羽，并且工作模式为连续放电，但是该喷枪所产生的等离子体羽直径较小（约1毫米），不利于工业中大面积材料处理；以氩气为工作气体，由空心针电极和板电极组成的等离子体喷枪（Appl. Phys. Lett. 2013, 103, 144107和公开号为103442507A的专利技术专利）在直流激励下可产生较大面积的均匀放电，但是该放电是脉冲形式的，其与连续放电相比时间占空比较低，导致化学反应效率低。因此，在大气环境中产生大面积均匀连续放电的等离子体显得尤为重要。等离子体光子晶体是等离子体（作为一种介电材料）周期性排列而成的一种新型可调光子晶体。通过调节等离子体光子晶体的不同时空参数，改变其能带位置和宽度，使频率落入该带隙的光禁止传播，实现对光频率的选择和光传播的控制。因此等离子体光子晶体在可调滤波器、等离子体天线、光开关以及等离子体隐身等众多电磁波控制领域具有广泛的应用前景。现有技术中，在同轴介质阻挡装置产生的微放电基础上利用第三电极产生的等离子体柱（Appl. Phys. Lett. 2005, 87, 241505），构成等离子体光子晶体，但这种装置结构比较复杂，不便于对光子晶体参数进行调控。利用介质阻挡放电中的自组织斑图（公开号为CN105319611A的专利技术专利）来产生的等离子体光子晶体，其形成的等离子体是脉冲形式的，因此其光子带隙是随时间变化的，不易精确调控电磁波的传播。
技术实现思路
本专利技术的目的之一就是提供一种可产生均匀连续放电或等离子体光子晶体的装置，在该装置中通入不同的工作气体，就可产生均匀连续放电或等离子体光子晶体，实现了装置的功能多样化。本专利技术的目的之二就是提供一种可产生均匀连续放电或等离子体光子晶体的方法，该方法利用不同的工作气体，就能产生大气压均匀连续放电或等离子体光子晶体。本专利技术的目的之一是这样实现的：一种可产生均匀连续放电或等离子体光子晶体的装置，包括放电机构、供气机构和供电机构；所述放电机构包括若干并排等间距设置的空心针电极、电介质块和液体电极；所述空心针电极竖直插接在所述电介质块内，所述空心针电极的下端为放电端；所述液体电极位于所述空心针电极的下方，且所述液体电极的水平面与所述空心针电极的放电端相对设置；所述供气机构包括电介质管、供气管路和气瓶；所述电介质管竖直放置，其上端通过所述供气管路与所述气瓶相接，其下端由所述电介质块所封堵；所述空心针电极的上端穿过所述电介质块伸入所述电介质管内；在所述供气管路上设置有气阀、气压表和流量计；所述供电机构包括若干与所述空心针电极数量相同且一一对应的高压直流电源，每一所述高压直流电源的高压输出端均通过一个镇流电阻与对应的所述空心针电极电连接，所述高压直流电源的接地电极与所述液体电极电连接；所述空心针电极的放电端和所述液体电极水平面均处于大气环境中，在所述高压直流电源接通使所述空心针电极带电后，仅利用大气环境中的空气为工作气体，就可在所述空心针电极的放电端与所述液体电极的水平面之间产生均匀连续放电；在所述高压直流电源接通使所述空心针电极带电、并且在通过所述供气机构向所述空心针电极通入惰性气体时，在所述空心针电极的放电端与所述液体电极的水平面之间可产生周期性排列的等离子体光子晶体。优选的，所述空心针电极为钨、铜或铁等材质的空心针电极；所述空心针电极的放电端端面可以为平面，也可以是具有一定曲率的锥面。相邻两个所述空心针电极之间的距离为1-20 mm，每个空心针电极的内径为0.5-2 mm。优选的，所有空心针电极的放电端端面在竖直方向上的投影均落入所述液体电极的水平面内。优选的，所述液体电极是通过在敞口的容器内盛放水或电解质溶液而形成。优选的，所述敞口的容器放置在一个绝缘桌面上；在所述绝缘桌面上设置有纵向导轨，在所述纵向导轨上接有可定位的滑动支架，所述电介质管固定在所述滑动支架上，并可随所述滑动支架在所述纵向导轨上上下移动。优选的，所述镇流电阻的阻值为50 kΩ-1 MΩ。优选的，所述电介质块的材料可以是橡胶或聚四氟乙烯等绝缘材料，所述电介质管的材料可以是玻璃或石英等。本专利技术所提供的装置中，空心针电极和液体电极均处于大气环境中，每个空心针电极连接相应的高压直流电源的高压输出端，液体电极接地，当供气机构中的气瓶未向空心针电极通入惰性气体，仅利用大气环境中的空气作为工作气体时，就可在空心针电极放电端与液体电极水平面之间产生分立的辉光放电正柱区，调节空心针电极放电端与液体电极水平面之间的距离到一定值，可使得分立的辉光放电正柱区叠加，从而在两电极之间产生均匀的连续放电。由大气压均匀连续放电产生的低温等离子体脱离了对真空装置的依赖，从而可降低生产成本，易于实现大规模工业化应用，利用环境空气比利用惰性气体产生的大气压均匀连续放电具有更高的经济性。本专利技术所提供的装置除了可以利用大气环境中的空气产生均匀连续放电外，还可以利用惰性气体产生等离子体光子晶体。当供气机构中的气瓶通过电介质管向空心针电极通入惰性气体时，在空心针电极的放电端与液体电极的水平面之间可产生周期性排列的等离子体柱，构成等离子体光子晶体；通过调节相邻两个空心针电极的间距，可以改变等离子体光子晶体的能带位置和宽度，进而使频率落入该带隙的光禁止传播，实现对光频率的选择和光传播的控制。本专利技术所提供的装置结构简单，易于调控等离子体光子晶体的参数，在可调滤波器、等离子体天线、光开关以及等离子体隐身等众多电磁波控制领域具有广泛的应用前景。本专利技术的目的之二是这样实现的：一种可产生均匀连续放电或等离子体光子晶体的方法，包括如下步骤：a、设置放电机构：将若干空心针电极并排等间距竖直插接在一个电介质块上，所述空心针电极的下端裸露在所述电介质块外且处于大气环境中，所述空心针电极的下端为放电端；在所述空心针电极放电端的下方设置液体电极，液体电极的水平面处于大气环境中，且液体电极的水平面与空心针电极的放电端相对设置；b、设置供气机构：将其上插接有空心针电极的电介质块固定封堵在一个竖直放置的电介质管的下端口处，空心针电极的上端伸入所述电介质管内；所述电介质管的上端口通过供气管路与盛装有惰性气体的气瓶相连接；在所述供气管路上设置有气阀、气压表和流量计；c、设置供电机构：设置若干与所述空心针电极数量相同且一一对应的高压直流电源，使每一高压直流电源的高压输出端均通过一个镇流电阻与对应的空心针电极电连接，并使高压直流电源的接地电极与液体电极电连接；d、打开所有高压直流电源的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可产生均匀连续放电或等离子体光子晶体的装置，包括放电机构、供气机构和供电机构；其特征是，所述放电机构包括若干并排等间距设置的空心针电极、电介质块和液体电极；所述空心针电极竖直插接在所述电介质块内，所述空心针电极的下端为放电端；所述液体电极位于所述空心针电极的下方，且所述液体电极的水平面与所述空心针电极的放电端相对设置；所述供气机构包括电介质管、供气管路和气瓶；所述电介质管竖直放置，其上端通过所述供气管路与所述气瓶相接，其下端由所述电介质块所封堵；所述空心针电极的上端穿过所述电介质块伸入所述电介质管内；在所述供气管路上设置有气阀、气压表和流量计；所述供电机构包括若干与所述空心针电极数量相同且一一对应的高压直流电源，每一所述高压直流电源的高压输出端均通过一个镇流电阻与对应的所述空心针电极电连接，所述高压直流电源的接地电极与所述液体电极电连接；所述空心针电极的放电端和所述液体电极水平面均处于大气环境中，在所述高压直流电源接通使所述空心针电极带电后，仅利用大气环境中的空气为工作气体，就可在所述空心针电极的放电端与所述液体电极的水平面之间产生均匀连续放电；在所述高压直流电源接通使所述空心针电极带电、并且在通过所述供气机构向所述空心针电极通入惰性气体时，在所述空心针电极的放电端与所述液体电极的水平面之间可产生周期性排列的等离子体光子晶体。...

【技术特征摘要】
1.一种可产生均匀连续放电或等离子体光子晶体的装置，包括放电机构、供气机构和供电机构；其特征是，所述放电机构包括若干并排等间距设置的空心针电极、电介质块和液体电极；所述空心针电极竖直插接在所述电介质块内，所述空心针电极的下端为放电端；所述液体电极位于所述空心针电极的下方，且所述液体电极的水平面与所述空心针电极的放电端相对设置；所述供气机构包括电介质管、供气管路和气瓶；所述电介质管竖直放置，其上端通过所述供气管路与所述气瓶相接，其下端由所述电介质块所封堵；所述空心针电极的上端穿过所述电介质块伸入所述电介质管内；在所述供气管路上设置有气阀、气压表和流量计；所述供电机构包括若干与所述空心针电极数量相同且一一对应的高压直流电源，每一所述高压直流电源的高压输出端均通过一个镇流电阻与对应的所述空心针电极电连接，所述高压直流电源的接地电极与所述液体电极电连接；所述空心针电极的放电端和所述液体电极水平面均处于大气环境中，在所述高压直流电源接通使所述空心针电极带电后，仅利用大气环境中的空气为工作气体，就可在所述空心针电极的放电端与所述液体电极的水平面之间产生均匀连续放电；在所述高压直流电源接通使所述空心针电极带电、并且在通过所述供气机构向所述空心针电极通入惰性气体时，在所述空心针电极的放电端与所述液体电极的水平面之间可产生周期性排列的等离子体光子晶体。2.根据权利要求1所述的可产生均匀连续放电或等离子体光子晶体的装置，其特征是，所述空心针电极为钨、铜或铁材质的空心针电极；所述空心针电极的放电端端面为平面或锥面。3.根据权利要求2所述的可产生均匀连续放电或等离子体光子晶体的装置，其特征是，所有空心针电极的放电端端面在竖直方向上的投影均落入所述液体电极的水平面内。4.根据权利要求1所述的可产生均匀连续放电或等离子体光子晶体的装置，其特征是，所述液体电极是通过在敞口的容器内盛放水或电解质溶液而形成。5.根据权利要求4所述的可产生均匀连续放电或等离子体光子晶体的装置，其特征是，所述敞口的容器放置在一个绝缘桌面上；在所述绝缘桌面上设置有纵向导轨，在所述纵向导轨上接有可定位的滑动支架，所述电介质管固定在所述滑动支架上，并可随所述滑动支架在所述纵向导轨上上下移动。6.根据权利要求1所述的可产生均匀连续放电或等离子体光子晶体的装置，其特征是，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪辰，张盼盼，贾鹏英，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北;13