一种产生均匀、稳定射流等离子体的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种产生均匀、稳定射流等离子体的装置。所述装置包括高压电极、地电极、气室、通气管，所述高压电极置于所述通气管内，地电极设置于通气管的外表面；工作时，高压电极和地电极之间施加有高压，形成等离子体放电区域；给料气体由气室通过通气管到达上述等离子体放电区域，并将产生的等离子体以射流的形式作用到被处理物。所述装置还可包括流量控制器对给料气体的成分和流速进行控制，并可在高压电极尖端设置绝缘层；能够产生稳定、均匀、活性粒子强度较高的射流等离子体，并降低放电电压、提高安全性，更加适用于生物医学、材料表面处理、环境保护等多个应用领域。

Device for generating uniform and stable jet plasma

The invention discloses a device for generating uniform and stable jet plasma. The device comprises a high voltage electrode, electrode, gas chamber, ventilation pipe, the high voltage electrode is arranged on the vent pipe, ground electrode is arranged on the outer surface of the ventilation pipe; when working, a high voltage is applied between the high-voltage electrode and the ground electrode, forming a plasma discharge region; feed gas by gas chamber through the ventilation the tube reaches the plasma discharge region, and will produce the plasma jet to the role in the form of a material to be processed. The device also comprises a flow controller to control the composition and flow rate of feed gas, and the insulating layer is arranged on the high voltage electrode tip; plasma jet can generate stable, uniform and active particles with higher strength, and reduce the discharge voltage, improve safety, more suitable for biomedical materials, surface treatment and environmental protection other applications.

【技术实现步骤摘要】
技术邻域本专利技术涉及等离子体应用领域，特别涉及一种产生均匀、稳定的射流等离子体的装置。
技术介绍
介质阻挡放电和电晕放电都能够在常压下产生具有高电子能量的非平衡态等离子体，目前在材料表面处理、环境保护以及生物医学等领域都获得了广泛的研究和运用。在上述等离子体运用领域中，等离子体中的活性粒子起着非常重要的作用。例如，NO自由基在医学领域中往往起着关键作用，人体的许多疾病，如皮肤癌、慢性溃疡等疾病，都与体内NO自由基失衡密切相关，外生的NO自由基可以弥补体内NO的不足，从而达到治疗效果；OH自由基对细菌的细胞的脂类、蛋白质尤其是包含金属的蛋白质结合物、DNA中的糖基有破坏作用，可以起到杀菌作用。然而在实际研究中，等离子体中的活性粒子是否能有效地作用于被处理物是研究者所关注的重点。由于活性粒子的寿命短，活性粒子的产生效率与活性粒子传质在实际运用中至关重要。例如在空气中，活性粒子的扩散率较低，很容易与其它物质产生反应，消耗量大，不利于其作用到被处理物表面。这就要求实际运用的装置能够促进活性粒子传质。大气压冷等离子体常见的产生方式主要有沿面介质阻挡放电和射流放电两种。沿面介质阻挡放电能够产生大面积、均匀的等离子体而得到了非常广阔的运用。然而，在一些特定的运用领域要求等离子体能够从较远的距离作用到被处理物表面，例如医疗消毒、临床治疗和一些精密仪器的消毒等等。沿面介质阻挡放电是在空气环境下进行，在空气中活性粒子扩散率较低、活性粒子容易与空气中的其它物质反应，使得活性粒子产生效率不高、从而不利于活性粒子传质。等离子体射流是利用气流和电场的作用使放电区域产生的等离子体从喷管或孔口中喷出，在无固体边界约束的外界气体环境中朝向工作区域定向流动的一种方法。这种方法不仅能实现放电区域与工作区域分离，而且使得其产生的等离子体活性粒子种类多、浓度大、传递距离远、作用于处理物表面具有很好的效果，能够很好满足上述运用的特定需求。射流放电常见的放电结构，以针环结构为例，通常采用被介质层全部包裹的高压电极和金属环状地电极或是全部裸空的金属高压电极和金属环状电极这两种结构形式。这两种电极结构相比，前者的起始放电电压、产生收缩性流注放电电压和电击穿火花放电电压的值较高，具有很好地安全性；而后者的放电强度大，产生的等离子体活性粒子浓度较高，具有更好的等离子体化学性，但是安全性较差。因此，现有的放电等离子体结构依旧存在改善的必要性。
技术实现思路
为了完善现有的装置结构的特性，本专利技术提出了一种新型的产生均匀、稳定的射流等离子体装置。本专利技术所述的装置包括高压电极、地电极、气室、通气管；其中，所述高压电极置于所述通气管内，地电极设置于通气管的外表面；工作时，高压电极和地电极之间施加有高压，形成等离子体放电区域；所述气室连接通气管一端，用于储存并向通气管注入放电所需的给料气体；所述给料气体由气室通过通气管到达上述等离子体放电区域，并将产生的等离子体以射流的形式作用到被处理物。较佳的，所述高压电极为针状，所述地电极为与通气管外表面相贴合的管套状。较佳的，所述高压电极的材料为钨，所述地电极的材料为铜。较佳的，所述高压电极的长度为约10cm、直径为约1mm，所述地电极的内径根据通气管的尺寸决定，所述地电极的宽度为约4mm，所述高压电极与地电极的间距为水平距离约1mm。较佳的，在所述高压电极的尖端部分包裹有绝缘的高压电极套。较佳的，所述高压电极套长为约5mm、内径为约1mm，或者，所述高压电极套的长度是高压电极长度的10％、内径与高压电极的外径相匹配。较佳的，所述高压电极套及通气管的材料均为石英玻璃。较佳的，所述装置还具有高压电源，所述高压电源为正弦高压电源或者脉冲高压电源，所述正弦高压电源的频率为50Hz～20MHz，电压幅值在1kV到20kV之间，所述脉冲高压电源的频率不高于100kHz。较佳的，所述装置还包括有储气罐和流量控制器，所述储气罐用于向气室提供给料气体，通过气体管道与气室相连接，所述流量控制器位于储气罐与气室之间，用于控制给料气体的流速。较佳的，所述流量控制器以相应的软件控制硬件的形式，根据需求开合通气开关，并实现控制给料气体的种类成分与流速，所述给料气体中的气体包括氦气、氩气及其它种类的稀有气体，以及这些稀有气体与氧气、氮气、空气的混合气体，所述给料气体的流速在3SLM～6SLM之间。通过上述技术方案，可知本专利技术存在如下优点：(1)结构简单紧凑，能够更好的通入给料气体，并保证放电工作的充分稳定，能够在常温常压下产生均匀稳定的射流等离子体；(2)产生的等离子体活性更高、装置安全性更好、降低放电电压；具体的，结合了全部包裹介质层的高压电极(简称全包结构)和全部裸露的高压电极结构(简称全裸结构)两者的特点，形成了针状尖端部分包裹介质层的高压电极新结构(简称尖端包裹结构)，在相同的电压激励下，产生的等离子体的活性粒子浓度更高；且由于包裹的介质层的影响，增加了其爬电距离，使得其产生收缩性流注放电和电击穿火花放电的电压高于全裸结构；同时，由于高压电极绝大部分裸空与工作气体直接接触，使得电子能够更好地与气体分子产生碰撞电离，起始放电电压和均匀放电电压明显降低；(3)储气罐和流量控制器的设置，可在等离子体中产生不同种类与剂量的活性粒子，满足不同应用的差异化需求，调控等离子体化学性能，提高所需活性粒子的产生效率，促进活性粒子传质作用于等离子体之外的被处理物，从而更加适用于生物医学、材料表面处理、环境保护等应用领域。附图说明：图1是本专利技术一个具体实施例中产生均匀、稳定射流等离子体的装置的结构原理图；附图标记说明：101为高压电极；102为地电极；103为高压电极套；104为通气管；105为气室；106为通气口。具体实施方式：下面结合附图及具体的实施例对本专利技术进行进一步的说明：如附图1所示，该实施例中公开了一种产生均匀、稳定的射流等离子体装置，主要包括高压电极101、地电极102、气室105、通气管104。其中，高压电极101置于所述通气管104内，地电极102设置于通气管104的外表面，工作时，高压电极101和地电极102之间施加有高压，形成等离子体放电区域；气室105连接通气管104一端，用于储存并向通气管104注入放电所需的给料气体，所述给料气体由气室105通过通气管104到达上述等离子体放电区域，并将产生的等离子体以射流的形式作用到被处理物。考虑到放电效果对于装置性能的影响较大，而放电效果则与电极的结构及参数等非常相关，在较为具体的实施例中对所述高压电极101及地电极102进行了优化设计：(1)形状方面，所述高压电极101为长条状，优选为针状，所述地电极102为与通气管104外表面相贴合的管套状，如，当通气管104为圆环状时，该地电极102即为与该圆环状通气管104外表面相贴合的圆环状；(2)材料方面，所述高压电极101的材料优选为钨，所述地电极102的材料优选为铜，当然，也可以采用其它导电性能好的金属材料，例如：银、铝等；(3)尺寸参数方面，优选的，所述高压电极101的长度为约10cm、直径为约1mm，所述地电极102的内径根据通气管104的尺寸决定，所述地电极102的宽度为约4mm，所述高压电极101与地电极102的间距为水平距离约1mm；值得注意的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生均匀、稳定射流等离子体的装置，其特征在于：所述装置包括高压电极(101)、地电极(102)、气室(105)、通气管(104)；其中，所述高压电极(101)置于所述通气管(104)内，地电极(102)设置于通气管(104)的外表面；工作时，高压电极(101)和地电极(102)之间施加有高压，形成等离子体放电区域；所述气室(105)连接通气管(104)一端，用于储存并向通气管(104)注入放电所需的给料气体；所述给料气体由气室(105)通过通气管(104)到达上述等离子体放电区域，并将产生的等离子体以射流的形式作用到被处理物。

【技术特征摘要】
1.一种产生均匀、稳定射流等离子体的装置，其特征在于：所述装置包括高压电极(101)、地电极(102)、气室(105)、通气管(104)；其中，所述高压电极(101)置于所述通气管(104)内，地电极(102)设置于通气管(104)的外表面；工作时，高压电极(101)和地电极(102)之间施加有高压，形成等离子体放电区域；所述气室(105)连接通气管(104)一端，用于储存并向通气管(104)注入放电所需的给料气体；所述给料气体由气室(105)通过通气管(104)到达上述等离子体放电区域，并将产生的等离子体以射流的形式作用到被处理物。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，优选的，所述高压电极(101)为针状，所述地电极(102)为与通气管(104)外表面相贴合的管套状。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述高压电极(101)的材料为钨，所述地电极(102)的材料为铜。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述高压电极(101)的长度为约10cm、直径为约1mm，所述地电极(102)的内径根据通气管(104)的尺寸决定，所述地电极(102)的宽度为约4mm，所述高压电极(101)与地电极(102)的间距为水平距离约1mm。5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：在所述高压电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘定新，张治权，刘志杰，王小华，孔刚玉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61