二维钛化碳在生成大气压均匀介质阻挡放电中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种二维材料Ti

【技术实现步骤摘要】
二维钛化碳在生成大气压均匀介质阻挡放电中的应用
本专利技术涉及一种大气压低温等离子体生成技术，具体涉及二维材料Ti3C2Tx在产生均匀介质阻挡放电中的应用、生成均匀介质阻挡放电的放电装置和方法。
技术介绍
大气压低温等离子体宏观表现为室温，包含多种高能活性粒子，可有效应用于材料表面处理、纳米材料合成和生物医学应用等。介质阻挡放电(DBD)以其简单、有效、可扩展性(scalability)的特点，是非常具有工业应用前景的低温等离子体生成方法。然而，由于空气中包含电负性的氧分子，它可以减小亚稳态氮分子含量，吸附自由电子，导致放电空间种子电子密度降低。通常大气压空气条件下DBD放电表现为丝状放电模式，影响处理效果，甚至会对被处理物产生影响。为了改善等离子体的均匀性，DBD大多在低气压或依赖稀有气体的情况下运行。这带来了一些局限性，如较高的经济成本，和被处理物需可适用于真空环境。为了获得大气压空气条件下的均匀DBD，人们已经进行了许多研究。研究发现，大气压DBD的放电特性主要取决于电子雪崩的发展状况，这是由其时间尺度和空间尺度决定的。近年来，纳秒脉冲电源的使用由于可以控制电子雪崩的发生时间，实现了具有更好均匀性的弥散放电。然而，纳秒脉冲电源价格昂贵且功率受限，这影响了其工业应用。此外，由于容性负载和纳秒级别电压上升时间，纳秒脉冲电源的放电特性容易受到特定电极结构的影响，且不适用于大功率工业应用。低频电源(如小于50kHz)是大气压空气DBD大规模应用的可能选择。然而，低频电源的电压脉冲不能在时间尺度上抑制电子雪崩的过度发展，放电容易转化为丝状放电。空气中电子与气体分子碰撞的平均自由路径只有68纳米，大部分大气压空气DBD均表现为明显的丝状放电形式。已有研究发现，不均匀电场分布的形成有利于调节DBD的均匀性。此外，低频电源条件下，已证明增大种子电子密度可以极大改善大气压空气DBD均匀性。电介质表面的"浅位阱"对大气压空气均匀DBD的产生起到了关键作用。在此结果的基础上，Luo采用特殊的氧化铝陶瓷提供种子电子，实现了空气条件下的较弱的均匀汤森放电。然而，介质阻挡材料(如陶瓷、聚四氟乙烯(PTFE)、石英)表面的浅位阱可能会退化，且在放电过程中受到其他因素的影响，无法维持可工业应用的稳定的均匀放电。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种低频电源条件下Ti3C2Tx在生成大气压空气均匀DBD中的应用和基于Ti3C2Tx的均匀DBD生成装置和方法，以解决现有大气压空气中实现均匀DBD相对较难的技术问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术一方面提供了二维材料Ti3C2Tx在大气压空气条件下生成均匀介质阻挡放电中的应用；其中，所述Ti3C2Tx的表面存在Ti空位和官能团。另一方面，提供了一种介质阻挡放电装置。所述介质阻挡放电装置包括地电极、高压电极和层叠设置在地电极、高压电极之间的绝缘介质层，由绝缘介质层包裹形成放电空间，在所述放电空间绝缘介质表面还设置有Ti3C2Tx层，且所述Ti3C2Tx表面存在Ti空位和官能团。本专利技术的又一方面，提供了一种均匀介质阻挡放电的生成方法。所述均匀介质阻挡放电的生成方法包括如下步骤：提供本专利技术介质阻挡放电装置；将所述介质阻挡放电装置的高压电极与放电电源的高压端连接，将所述介质阻挡放电装置的地电极接地，并设定输出电压的频率；在大气压下以空气作为工作气体，启动放电电源，增大电极间电压，直至在所述放电空间中生成均匀介质阻挡放电。与现有技术相比，本专利技术Ti3C2Tx用于在大气压空气中生成均匀介质阻挡放电时，增大种子电子密度，从而提升放电均匀性。另外，经专利技术人的研究发现，Ti3C2Tx用于在大气压空气中生成均匀介质阻挡放电时可以降低放电电压。此种方法克服了现有大气压空气介质阻挡放电下的丝状放电对被处理物产生影响的不足，在工业应用方面具有重要的应用价值。本专利技术介质阻挡放电装置和均匀介质阻挡放电的生成方法由于在介质阻挡放电装置的放电空间中设置有Ti3C2Tx层，因此，所述介质阻挡放电装置和均匀介质阻挡放电的生成方法能够在低频电源条件下生成大气压空气均匀介质阻挡放电。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例DBD装置结构示意图；图2为DBD装置的电场分布情况及电子崩发展示意图；其中，图2(a)为无Ti3C2Tx层的DBD装置的电场分布情况及电子崩发展示意图；图2(b)为设有Ti3C2Tx层的本专利技术实施例的DBD装置的电场分布情况及电子崩发展示意图；图3为DBD装置在放电过程中的放电现象图；其中，图3(a)为无Ti3C2Tx层的DBD装置在放电过程中的放电现象图；图3(b)为设有Ti3C2Tx层的本专利技术实施例的DBD装置在放电过程中的放电现象图；图4为DBD装置在放电过程中的电压电流波形图；其中，图4(a)为无Ti3C2Tx层的DBD装置在放电过程中的电压电流波形图；图4(b)为设有Ti3C2Tx层的本专利技术实施例DBD装置在放电过程中的电压电流波形图；图5为Ti3C2Tx的XPS表征图；图6为Ti3C2Tx表面具有空位和官能团的Ti3C2Tx电子态密度分布图；图7为表面具有空位和官能团的Ti3C2Tx中弱电子束缚态中被束缚的电子在外部离子作用下释放示意图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。一方面，本专利技术实施例提供了Ti3C2Tx在均匀介质阻挡放电(下文均将介质阻挡放电简称为DBD)中的应用，具体是在低频电源条件下生成大气压空气均匀DBD的应用。专利技术人在研究中发现，将Ti3C2Tx应用于DBD中，有助于生成大气压空气均匀DBD，从而有效克服了现有大气压空气DBD一般呈丝状放电的现象。与此同时，由于不再需要稀有气体和低气压环境，也避免了其较高的成本及工业应用存在限制的不足。其中，本专利技术实施例中所述的大气压空气均匀DBD均表示为大气压空气均匀介质阻挡放电。另外，专利技术人进一步研究发现，Ti3C2Tx应用于DB本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维材料Ti

【技术特征摘要】
1.一种二维材料Ti3C2Tx在大气压空气条件下生成均匀介质阻挡放电中的应用；其中，所述Ti3C2Tx的表面存在Ti空位和官能团。


2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述Ti3C2Tx在大气压空气介质阻挡放电中用于增大种子电子密度。


3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于：所述Ti3C2Tx中的T为-OH、O、-F中的至少一种，x为0-2。


4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述Ti3C2Tx材料由HF溶液对MAX相Ti3Al2C2进行刻蚀形成。


5.根据权利要求1、2、4任一项的所述的应用，其特征在于：产生所述均匀介质阻挡放电的放电电源为<50kHz的低频电源。


6.根据权利要求1、2、4任一项的所述的应用，其特征在于：所述Ti3C2Tx设置在放电装置的绝缘介质内表面。


7.一种介质阻挡放电装置，包括地电极、高压电极和层叠设置在地电极、高压电极之间的绝缘介质层...

【专利技术属性】
技术研发人员：王任衡，崔伟胜，钱正芳，林俏露，孙一翎，范姝婷，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44