金属表面沉积TiO2薄膜抑制微放电的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大气压下金属表面沉积TiO2薄膜抑制微放电的方法，该方法包括：步骤1、搭建大气压等离子体射流装置；步骤2、对沉积基底进行预清洗处理；步骤3、进行TiO2薄膜沉积：接通电源，调整电源参数，使射流管内产生均匀地等离子体且没有细丝；调整射流管和沉积基底的相对位置，使射流管对准沉积基底的中心位置；调整射流管口与沉积基底间的距离，使沉积过程中不会产生火花灼烧基底。本发明专利技术的有益效果为：射流装置结构简单，可将设备集成为便携式处理器，满足施工现场沉积要求；不需要退火等操作，有效缩短了制备时间；有效地降低了生产成本；可实现对不规则表面基底的TiO2薄膜沉积，满足不同的工业需求。

Method and device for inhibiting micro discharge by depositing TiO2 film on metal surface

The invention discloses a method for reducing the micro discharge of a metal surface deposited TiO2 film at atmospheric pressure. The method includes: Step 1, building a atmospheric pressure plasma jet device; step 2, pre cleaning the deposited substrate; step 3, conducting a TiO2 film deposition: connecting the electric source to adjust the power parameters to make the jet tube produced. In order to adjust the relative position of the jet tube and the sedimentary base, the relative position of the fluidic tube and the sedimentary base can be adjusted to the center position of the deposited substrate, and the distance between the nozzle and the sedimentary base is adjusted so that the spark ignition substrate will not be produced during the deposition process. The beneficial effect of the invention is that the structure of the jetting device is simple, and the equipment can be integrated into a portable processor to meet the requirements of the construction site deposition; it does not need annealing and other operations, effectively shortens the preparation time, effectively reduces the production cost, and can realize the deposition of TiO2 thin film on the irregular surface substrate and meet the different industries. Demand.

【技术实现步骤摘要】
金属表面沉积TiO2薄膜抑制微放电的方法及装置
本专利技术涉及半导体
，具体而言，涉及一种大气压下金属表面沉积TiO2薄膜抑制微放电的方法及装置。
技术介绍
电力输电线路和高压设备的导体表面容易存在微小缺陷，由于其曲率半径很小，会严重畸变局部电场，从而引发局部微放电现象。长期的微放电容易导致绝缘的破坏，严重影响电力设备的安全稳定运行。目前对于局部微放电抑制的研究，国内外学者主要从绝缘方面展开。周凯等对电缆终端气隙缺陷处进行无机纳米颗粒填充，从而改善气隙缺陷处电场分布，抑制局部放电对绝缘材料的破坏(周凯，吴科，万利等.无机纳米颗粒抑制中压电缆终端气隙缺陷局部放电的有效性[J].电工技术学报，2016,31(22)：230-238.)。但对于金属表面微小缺陷造成的局部微放电，填充绝缘纳米颗粒不能有效降低电场畸变情况，抑制效果较差。而从导体入手，消除导体表面微凸，工业上主要采用电弧老炼的方法，老炼结果可靠性和可控性均较差。在导体表面覆盖一层半导体层，可以均匀电场，使得电场畸变情况得到改善。TiO2是一种宽禁带宽度的无机半导体功能材料，具有优异的化学稳定性、热稳定性、超亲水性等，光催化活性高，电学特性优异，安全无毒，成本低，无二次污染，已被广泛应用于光催化触媒、传感器、介电材料、涂料、食品包装材料、自清洁玻璃、航天工业等领域，具有很高的开发和应用价值。利用其优异的半导体特性，将其覆盖在电缆接头导体表面，可有效减弱导体表面微缺陷引起的电场畸变，从而达到抑制微放电的目的。然而，现有TiO2薄膜的制备方法或所需设备复杂昂贵，或需要复杂的操作过程，制备时间长，不能满足输电线路施工现场所需，因此，研发一种设备简单，操作方便，能快速有效制备TiO2薄膜的方法成为研究热点。目前，国内外研究TiO2薄膜的制备方法主要采用液相法(如溶胶-凝胶法(Sol-gel)、液相沉积法等)和气相法(如物理气相沉积法(PVD)及化学气相沉积法(CVD))。溶胶-凝胶法是将钛醇盐溶于溶剂制得溶胶，涂在基片上，用马弗炉焙烧制得TiO2薄膜的方法，该方法操作简单，适应性强，但其前驱物一般为价格昂贵的钛醇盐，制备过程需要大量的有机溶剂，制膜成本高，且薄膜与基底附着力差。常用的PVD方法如磁控溅射法、离子束增强沉积法，所需设备复杂昂贵，真空要求高。而利用大气压低温等离子体辅助的CVD方法，设备简单，操作方便，适应性强，因而受到广泛关注。申请公布号为CN1562463A的专利利用含钛前驱物蒸汽和含氧或含水蒸汽的混合气体，在大气压和低温(室温～300℃)条件下通过同轴式或板-板式结构介质阻挡放电等离子体，直接制备出高活性的负载型TiO2光催化剂。申请公布号为CN105755452A的专利报道了一种使用介质阻挡放电等离子体实现在管腔内壁喷涂TiO2纳米涂层的装置，该装置的阻挡介质为可塑形的中空电介质管，并可根据需镀膜管腔的管径和弯曲程度进行设计。由于介质阻挡等离子体本身电极结构的限制，待处理物需放置于两电极之间，因此对待处理物的厚度以及形状有严格的要求。D.Li使用钛酸四异丙酯(TTIP)作为前驱物，利用射频电源激发等离子体弥散放电，实现二氧化钛薄膜的沉积，同时探索间断生长对薄膜质量的影响(LiDY，GoulletA，CaretteM，etal.EffectofgrowthinterruptionsonTiO2filmsdepositedbyplasmaenhancedchemicalvapourdeposition[J].MaterialsChemistryandPhysics，2016，182：409-417.)。KamalBaba使用大气压微波等离子体，通过优化电极间距、气体组分等参数在光纤表面制得结构致密的TiO2薄膜(KamalBaba，SimonBulou，PatrickChoquet，etal.PhotocatalyticAnataseTiO2ThinFilmsonPolymerOpticalFiberusingAtmospheric-PressurePlasma[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces，2017，9(15)：13733-13741.)。射频和微波电源结构复杂，存在功率匹配的问题，使生产成本增加。由上述总结可知，目前改善导体表面电场分布、抑制微放电的方法主要是从绝缘材料入手，改善其绝缘特性和老化特性以均匀电场。而对于导体微缺陷造成的局部微放电，仅改善绝缘特性不能有效削弱电场畸变程度，抑制微放电。如果从导体情况入手，对缺陷处电场分布进行改善，可从根本上抑制微放电。但是对于导体表面微放电的研究却少有报道。工业上常用的电弧老炼作用工程量大，可靠性、可控性差。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种金属表面沉积TiO2薄膜抑制微放电的方法及装置，采用大气压低温等离子体射流辅助化学气相沉积的方式在沉积基底表面沉积TiO2薄膜，阻隔残余气体，同时利用其优异的半导体特性来均匀电场，使得导体与周围残余空气处于较为均一的电场环境下，有效降低了局部电场畸变程度，有效抑制电极表面微放电，从而提高其绝缘能力，避免发生绝缘失败而导致电力事故。本专利技术提供了一种金属表面沉积TiO2薄膜抑制微放电的方法，该方法包括：步骤1、搭建大气压等离子体射流装置；步骤2、对沉积基底进行预清洗处理；步骤3、进行TiO2薄膜沉积：接通电源，调整电源参数，使射流管内产生均匀地等离子体且没有细丝；调整射流管和沉积基底的相对位置，使射流管对准沉积基底的中心位置；调整射流管口与沉积基底间的距离，使沉积过程中不会产生火花灼烧基底。作为本专利技术的进一步改进，步骤1所述搭建大气压等离子体射流装置的具体步骤为：步骤101、连接放电电路；步骤102、连接高压探头、电流线圈及数字示波器；步骤103、铺设载气、放电激发气体和空气三路气体输送联通管道，检查每个气路的气密性，确保无漏气现象。作为本专利技术的进一步改进，步骤2所述对沉积基底进行预清洗处理的具体步骤为：步骤201、去除沉积基底表面的氧化层，再依次使用去离子水、无水乙醇擦拭去除所述沉积基底表面的灰尘；步骤202、依次在无水乙醇、丙酮中对沉积基底进行超声波清洗10min以上，去除其表面的油污和杂质；步骤203、使用去离子水对沉积基底进行再次清洗，清洗完成之后放入真空干燥箱中进行烘干以待下一步处理。作为本专利技术的进一步改进，步骤3中所述沉积TiO2薄膜的电源为高频高压交流电源、高频高压直流电源、微秒脉冲电源或纳秒脉冲电源。作为本专利技术的进一步改进，步骤1中所述大气压等离子体射流装置采用的电极为针-环电极、单针电极或环-环电极。作为本专利技术的进一步改进，步骤103中所述载气、放电激发气体均为惰性气体、空气、氮气或氮气和空气的混合气体。作为本专利技术的进一步改进，所述沉积基底为任意形状的导电金属材料。本专利技术还提供了一种金属表面沉积TiO2薄膜抑制微放电的装置，该装置包括：钨针电极，其贯穿插在内石英管内且与所述内石英管内管壁紧密贴合；电源，其与裸露在所述内石英管上端的钨针电极连接；外石英管，其套在所述内石英管的外侧，且所述外石英管中部设有进气口；铜环地电极，其设于所述外石英管的下部且包裹在所述外石英管本文档来自技高网...

【技术保护点】
金属表面沉积TiO2薄膜抑制微放电的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、搭建大气压等离子体射流装置；步骤2、对沉积基底进行预清洗处理；步骤3、进行TiO2薄膜沉积：接通电源，调整电源参数，使射流管内产生均匀地等离子体且没有细丝；调整射流管和沉积基底的相对位置，使射流管对准沉积基底的中心位置；调整射流管口与沉积基底间的距离，使沉积过程中不会产生火花灼烧基底。

【技术特征摘要】
1.金属表面沉积TiO2薄膜抑制微放电的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、搭建大气压等离子体射流装置；步骤2、对沉积基底进行预清洗处理；步骤3、进行TiO2薄膜沉积：接通电源，调整电源参数，使射流管内产生均匀地等离子体且没有细丝；调整射流管和沉积基底的相对位置，使射流管对准沉积基底的中心位置；调整射流管口与沉积基底间的距离，使沉积过程中不会产生火花灼烧基底。2.根据权利要求1所述的金属表面沉积TiO2薄膜抑制微放电的方法，其特征在于，步骤1所述搭建大气压等离子体射流装置的具体步骤为：步骤101、连接放电电路；步骤102、连接高压探头、电流线圈及数字示波器；步骤103、铺设载气、放电激发气体和空气三路气体输送联通管道，并检查每个气路的气密性。3.根据权利要求1所述的金属表面沉积TiO2薄膜抑制微放电的方法，其特征在于，步骤2所述对沉积基底进行预清洗处理的具体步骤为：步骤201、去除沉积基底表面的氧化层，再依次使用去离子水、无水乙醇擦拭去除所述沉积基底表面的灰尘；步骤202、依次在无水乙醇、丙酮中对沉积基底进行超声波清洗10min以上，去除其表面的油污和杂质；步骤203、使用去离子水对沉积基底进行再次清洗，清洗完成之后放入真空干燥箱中进行烘干以待下一步处理。4.根据权利要求1所述的金属表面沉积TiO2薄膜抑制微放电的方法，其特征在于，步骤3中所述沉积TiO2薄膜的电源为高频高压交流电源、高频高压直流电源、微秒脉冲电源或纳秒脉冲电源。5.根据权利要求1所述的金属表面沉积TiO2薄膜抑制微放电的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵涛，崔超超，王瑞雪，徐晖，任成燕，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11