一种大气压介质阻挡放电产生均匀空间等离子体的装置，属于大气压低温等离子体应用技术领域。上、下电极分别粘在微孔陶瓷介质板的上表面和陶瓷介质板的下表面；上、下电极各粘有铝箔条，铝箔条作为连接电极的接口，上电极连接外界纳秒脉冲电源的高压端；下电极与纳秒脉冲电源的接地端连接；水电阻的两端分别与纳秒脉冲电源的高压端和接地端连接；所述的微孔陶瓷介质板的中心开通微孔；上、下介质板的四个顶角位置处设置垫片，且四个顶角处均开设通孔，带有螺纹的尼龙螺杆依次穿过上微孔陶瓷介质板、垫片、下陶瓷介质板，尼龙螺杆两端通过尼龙螺母固定。本实用新型专利技术能够在5‑10mm的空气间隙下产生均匀介质阻挡放电。
A device for producing uniform space plasma by dielectric barrier discharge at atmospheric pressure
【技术实现步骤摘要】
一种大气压介质阻挡放电产生均匀空间等离子体的装置
本技术属于大气压低温等离子体应用
，涉及一种大气压介质阻挡放电产生均匀空间等离子体的装置及使用方法。
技术介绍
气体放电产生的低温等离子体在材料表面处理、薄膜沉积、消毒杀菌、废气处理、等离子显示等方面有很好的应用前景，尤其是它能产生臭氧以及降解汽车尾气中的有害气体，从而展示出很好的经济以及环保效益。气体放电产生的低温等离子体根据气压可以大概分为低气压放电等离子体和高气压(可以达到一个大气压及以上)放电等离子体。对于大规模工业生产来说，通过低气压放电产生等离子体由于必须维持在低气压状态，需要真空设备，难以实现流水线连续生产。因此从工业应用角度来说，更需要在大气压条件下产生低温等离子体。大气压下产生低温等离子体的方式主要有电晕放电、介质阻挡放电和电弧放电。这三种放电比较而言，电晕放电很弱且产生的活性粒子的效率太低，因此不合适工业应用；而电弧放电正好与之相反，放电很强，能量密度很高，因此很容易损伤薄的或者比较脆弱的工件；与前两种放电相比，介质阻挡放电由于等离子体电子温度和等离子体密度适中，更适合应用于材料的表面处理(表面改性，薄膜沉积以及刻蚀等)、等离子体医学(医疗器械的清洗和消毒、口腔清洁、促进伤口愈合、肿瘤缩小)、等离子体照明(紫外及真空紫外光源、平板显示器)以及环保领域(臭氧产生、自来水杀菌、废弃处理)等领域。大气压介质阻挡放电通常呈现为丝状放电，放电区域由大量自由移动的放电细丝组成，这样的丝状放电难以对材料表面进行均匀改性，且若放电细丝局部能量密度过高会灼伤材料的表面，因此，最适合用来对薄膜、纺织品以及纤维等材料进行处理的是利用介质阻挡放电产生大面积均匀放电。除此之外，有研究表明大气压均匀放电比丝状放电产生活性粒子的效率更高。从而大气压均匀放电是更加经济，更加有效地产生适于工业应用的等离子体的主要手段。目前，大气压均匀放电的产生主要集中在惰性气体以及氮气中，这不仅增加了生产成本还由于需要密闭的工作环境降低了生产效率。因此最适合大规模工业应用的是在大气压空气中产生大间隙、大面积的均匀放电。然而由于空气的击穿电压高以及由空气中压力、湿度、温度等的波动造成的不稳定性，限制了大气压大间隙下均匀放电的形成。在近20年的研究中，大气压空气均匀放电产生的最大间隙不超过4mm。当间隙大于5mm时，在大气压空气中的放电总是丝状放电。而本申请采用微孔介质阻挡放电结构，能够在5-10mm范围内产生大面积均匀放电等离子体，在工业化应用中发挥着一定的优势。本申请与2017年“一种大气压空气中产生大间隙、大面积均匀放电等离子体的装置及使用方法”的专利相比，虽然都能够在大间隙下(5-10mm)产生均匀放电等离子体，但实验装置以及实验条件是不同的。2017年专利“一种大气压空气中产生大间隙、大面积均匀放电等离子体的装置及使用方法”的实验装置包括上电极、上介质板、下电极、下介质板、金属柱、风道系统和纳秒脉冲电源。均匀放电必须在纳秒脉冲电源激励下的介质阻挡放电装置(上电极、上介质板、下电极和下介质板)的间隙加入一根金属柱，且必须在有气流的条件下才能产生。然而本申请的实验装置比较简单仅包括上电极、上微孔介质板、下电极、下介质板和纳秒脉冲电源。均匀放电的产生仅仅是在纳秒脉冲电源激励下的介质阻挡放电装置(上电极、上介质板、下电极和下介质板)的上介质板的中心打一个微孔就可以实现。这种均匀放电不需要在放电间隙引入金属柱，更不需要在放电间隙引入气流。实验装置放在周围的空气中，只要启动电源就可以实现均匀放电。这大大的简化了工业应用的难度，具有广泛的应用前景。
技术实现思路
针对现有技术不能在大于5mm的空气间隙下产生均匀介质阻挡放电的困难和局限，本技术提供一种大气压空气介质阻挡放电产生均匀空间等离子体的装置及使用方法。本技术的技术方案为：一种大气压空气介质阻挡放电产生均匀空间等离子体的装置，该装置能够在5-10mm的空气间隙下产生均匀介质阻挡放电；包括上电极、上微孔介质板、下电极、下介质板和纳秒脉冲电源；其中，上、下电极结构对称。所述的上、下电极均为方形铝箔4，上介质板为微孔陶瓷介质板5，下介质板为陶瓷介质板6；上、下电极分别粘在微孔陶瓷介质板5的上表面和陶瓷介质板6的下表面，且在上、下电极周围贴上绝缘胶带；上、下电极各粘有铝箔条，铝箔条作为连接电极的接口，上电极作为高压电极，连接外界纳秒脉冲电源的高压端；下电极作为接地电极，与纳秒脉冲电源的接地端连接；水电阻的两端分别与纳秒脉冲电源的高压端和接地端连接；所述的微孔陶瓷介质板5中心开通微孔3；所述的上、下介质板之间的四个顶角位置处设置垫片2，且四个顶角处均开设通孔，带有螺纹的尼龙螺杆依次穿过上微孔陶瓷介质板5、垫片2、下陶瓷介质板6，尼龙螺杆两端通过尼龙螺母1固定；所述的垫片2为绝缘材料。上、下介质板之间的距离为放电间隙，放电间隙通过垫片2的个数进行调整，放电间隙在1-15mm范围可调。所述的垫片2为云母片或尼龙片。所述的方形铝箔4的四个顶角为弧形。所述的水电阻为使用216μS/cm电导率循环自来水的可调节无感电阻，用来回路匹配；所述的纳秒脉冲电源电压幅值根据放电间隙确定，所述的脉冲电源的电压幅值为20kV～40kV。采用上述的装置得到大气压空气中大间隙、大面积的均匀介质阻挡放电等离子体的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，连接并固定实验装置；第二步，连接电路：上电极连接纳秒脉冲电源的高压端，下电极连接纳秒脉冲电源的接地端，水电阻的两端分别接纳秒脉冲电源的高压端和接地端，水电阻与实验装置并联；第三步，设定纳秒脉冲电源的重复频率：1200Hz，1000Hz和600Hz；第四步，大气压空气中，启动纳秒脉冲电源，在装置的放电间隙产生大间隙、大面积的均匀介质阻挡放电等离子体，实现在5-10mm的空气间隙下产生均匀介质阻挡放电。人为的拍摄放电图像作为实验现象保存，待实验结束后，根据数码相机以及高速相机拍摄的图片选取一张作为放电图像，分析均匀放电形成的物理机制。采用上述装置得到大气压下，大间隙，大面积的空气均匀介质阻挡放电等离子体。通过这种装置和方法，目前本技术使用的幅值最大是40kV，上升沿是40ns，半峰宽是200ns的纳秒脉冲电压可以达到10mm空气间隙的均匀放电，这一技术是现有介质阻挡放电实验研究进展的一项突破，攻克了在空气间隙大于5mm时，不能实现空气均匀放电的一大难题。因此，这项技术在工业应用领域具有很大的应用价值，会受到很大的关注。而在本技术的基础上，在空气中实现更大面积均匀放电也有相对应的方法：通过在上陶瓷介质板上打多个微孔，并且通过调节微孔之间的距离可以扩大均匀放电的面积。目前研究表明微孔之间的距离为30mm，是能够产生最大面积的均匀放电。本技术的另外一个优点是实验中产生这种均匀放电的条件比较简单，不需要额外的辅助条件，仅需要在上介质板打一个微孔，并且微本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大气压介质阻挡放电产生均匀空间等离子体的装置，其特征在于，该装置能够在5-10mm的空气间隙下产生均匀介质阻挡放电；包括上电极、微孔上介质板、下电极、下介质板和纳秒脉冲电源；其中，上、下电极结构对称；/n所述的上、下电极均为方形铝箔(4)，上介质板为微孔陶瓷介质板(5)，下介质板为陶瓷介质板(6)；上、下电极分别粘在微孔陶瓷介质板(5)的上表面和陶瓷介质板(6)的下表面，且在上、下电极周围贴上绝缘胶带；上、下电极各粘有铝箔条，铝箔条作为连接电极的接口，上电极作为高压电极；连接外界纳秒脉冲电源的高压端；下电极作为接地电极，与纳秒脉冲电源的接地端连接；水电阻的两端分别与纳秒脉冲电源的高压端和接地端连接；所述的微孔陶瓷介质板(5)中心开通微孔(3)；/n所述的上、下介质板之间的四个顶角位置处设置垫片(2)，且四个顶角处均开设通孔，带有螺纹的尼龙螺杆依次穿过微孔陶瓷介质板(5)、垫片(2)、下陶瓷介质板(6)，尼龙螺杆两端通过尼龙螺母(1)固定；所述的垫片(2)为绝缘材料。/n
【技术特征摘要】
1.一种大气压介质阻挡放电产生均匀空间等离子体的装置，其特征在于，该装置能够在5-10mm的空气间隙下产生均匀介质阻挡放电；包括上电极、微孔上介质板、下电极、下介质板和纳秒脉冲电源；其中，上、下电极结构对称；
所述的上、下电极均为方形铝箔(4)，上介质板为微孔陶瓷介质板(5)，下介质板为陶瓷介质板(6)；上、下电极分别粘在微孔陶瓷介质板(5)的上表面和陶瓷介质板(6)的下表面，且在上、下电极周围贴上绝缘胶带；上、下电极各粘有铝箔条，铝箔条作为连接电极的接口，上电极作为高压电极；连接外界纳秒脉冲电源的高压端；下电极作为接地电极，与纳秒脉冲电源的接地端连接；水电阻的两端分别与纳秒脉冲电源的高压端和接地端连接；所述的微孔陶瓷介质板(5)中心开通微孔(3)；
所述的上、下介质板之间的四个顶角位置处设置垫片(2)，且四个顶角处均开设通孔，带有螺纹的尼龙螺杆依次穿过微孔陶瓷介质板(5)、垫片(2)、下陶瓷介质板(6)，尼龙螺杆两端通过尼龙螺母(1)固定；所述的垫片(2)为绝缘材料。
2.根据权利要求1所述的一种大气压介质阻挡放电产生均匀空间等离子体的装置，其特征在于，上、下介质板之间的距离为放电间隙，放电间隙通过垫片(2)的个数进行调整，放电间隙在1-15mm范围可调。
3.根据权利要求1或2所述的一种大气压介质阻挡放电产生均匀空间等离子体的...
【专利技术属性】
技术研发人员：任春生，郭宏飞，王玉英，徐永锋，李婷，闫慧杰，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：新型
国别省市：辽宁;21
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