用于在大气压下产生低温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用于在大气压下产生低温等离子体的装置，该装置包括：彼此相对的一对电极，该对电极间开一定距离，它们中的一个与电源相连，另一个接地；一对厚度为２５ｕｍ－１０ｍｍ的电介质，该对电介质布置在电极的相对表面上，从而彼此相对，它们中的一个内有至少一个放电间隙；以及导体电极，该导体电极有至少一个尖端，该至少一个尖端布置在放电间隙内，其中，通过采用频带为５０Ｈｚ－１０ＧＨｚ的脉冲直流电或交流电，同时在电极之间供给反应气体，从而由电源在电极之间施加１－１００ＫＶ／ｃｍ的电场强度，以便由放电间隙引起空心阴极放电、毛细管放电或电荷高度积累。本发明专利技术能防止等离子体转变成电弧，从而产生稳定、高密度的低温等离子体。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于在大气压下通过较低的放电开始和保持电压来产生高密度低温等离子体的装置。
技术介绍
通常，等离子体定义为部分离子化的气体，它由几乎等量的正负自由电荷组成，因此它为电中性。根据进行离子化时的温度，等离子体分成高温等离子体和低温等离子体子组，等离子体在化学上和物理上有很高的反应性。低温等离子体用于合成各种材料，例如金属、半导体、聚合物、尼龙、塑料、纸张、纤维和臭氧，或者改变材料的表面特性，同时提高各种物理和化学特性，例如连接强度、染色特性、可印刷性等。因此，低温等离子体在半导体、金属、陶瓷薄膜的合成以及清洁领域中有多种用途。通常，低温等离子体可以在低压真空容器中产生。为了保持该真空，需要很昂贵的装置。此外，当要处理的材料尺寸较大时，将难以向它们施加等离子体。等离子体处理的另一问题是难以自动进行等离子体处理。而且，等离子体难以处理具有很高蒸气压力或进行脱气的材料，例如橡胶、生物材料等。为了避免这些问题，已经发展了各种技术，例如电晕放电、电介质屏蔽放电和辉光放电，因此，低温等离子体可以在大气压下产生。目前，除了前述领域，这些技术还广泛用于多个领域，包括化学药剂例如臭氧的合成、杀菌、解毒以及合成难以在真空中用等离子体处理的材料。电晕放电是表现为当电压梯度超过临界值时在导体表面上或附近产生蓝紫色辉光的放电。通常，通过向由导电材料例如金属形成的两个尖角电极之间施加高电压，由电极产生等离子体带。当在具有非常短距离的两个电极之间施加电压时，产生电弧，从而形成具有非常小直径的线性等离子体。这时，为了防止等离子体转变成电弧放电，电压间歇施加，或者向电极提供电阻。电介质屏蔽放电利用由电介质极化而产生的电荷积累，以便形成反向电势，这时放电停止，也就是，它利用脉冲放电，从而防止发生电弧放电。当电晕放电时，等离子体形成条带形状，它并不均匀，且密度较低。此外，因为两个电极之间的间隙较窄，电晕放电难以用于三维形状的物体。还有，电晕放电的其它问题包括产生噪音和电极使用寿命较短。尽管能提供均匀的等离子体，但是电介质屏蔽放电并不能保证在较大区域内产生均匀、分散的等离子体，与电晕放电相同。当提供附加装置以防止发生电弧放电时，电介质屏蔽放电的等离子体密度降低，且两个电极之间的距离较窄，以致于限制了要处理的物体的尺寸和形状。当使用具有较高放电开始和保持电势的气体例如氩气、氧气和氮气时，电晕放电和电介质屏蔽放电技术都需要较高电压的电源。不过，该电源难以操作和控制，因为它很昂贵，且耗电量高。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是克服在现有技术中遇到的上述问题，并提供用于在大气压下产生低温等离子体的装置，该装置具有新颖的电极结构，以便防止等离子体转变成电弧放电。本专利技术的另一目的是提供一种等离子体产生装置，该装置的放电电压很低，以便大大降低工作和设备成本以及所装备的电源的耗电量。本专利技术的还一目的是提供一种等离子体产生装置，该装置能够利用很宽频带的交流电和脉冲直流电。本专利技术的还一目的是提供一种等离子体产生装置，该装置能够在高放电开始电势的气体例如氮气、氧气和空气中进行放电。本专利技术的还一目的是提供一种等离子体产生装置，该装置能够在较低放电电压下在很大区域内产生均匀、高密度的低温等离子体。根据本专利技术上述目的可以通过提供一种用于在大气压下产生低温等离子体的装置来实现，该装置包括彼此相对的一对电极，该对电极间开一定距离，它们中的一个与电源相连，另一个接地；一对厚度为25μm-10mm的电介质，该对电介质布置在电极的相对表面上，以便彼此相对，在它们中的一个内有至少一个放电间隙；以及导体电极，该导体电极有至少一个尖端，该至少一个尖端布置在放电间隙内，其中，通过采用频带为50Hz-10GHz的脉冲直流电或交流电，同时在电极之间供给反应气体，从而由电源在电极之间施加1-100KV/cm的电场强度。由本专利技术装置产生的等离子体适于形成高能自由基，该高能自由基广泛用于各种领域，包括进行粘接、抛光、清洁、薄膜沉积、杀菌、消毒、臭氧制备、印刷、染色以及各种材料的蚀刻，这些材料包括金属、橡胶、纤维、合成树脂和半导体。还有，等离子体的应用领域包括自来水和废水的净化、空气和汽车排气的净化(例如SOx和NOx)、燃料完全燃烧、制造高亮度灯等。附图说明通过下面的详细说明并结合附图，可以更清楚地了解本专利技术的上述和其它目的、特征和其它优点，附图中图1是表示板结构的电极的剖视图，该电极适用于本专利技术第一实施例的、用于在大气压下产生低温等离子体的装置；图2是表示管结构的电极的剖视图，该电极适用于本专利技术第二实施例的、用于在大气压下产生低温等离子体的装置；以及图3提供了导体电极的尖端的视图。具体实施例方式通过附图，可以更好地了解本专利技术优选实施例的应用，附图中，相同的参考标号分别用于相同和相应的部件。第一实施例参考图1，图中表示了电极结构的剖视图，该电极结构适用于本专利技术第一实施例的、用于在大气压下产生低温等离子体的装置。在该实施例中，本专利技术利用板结构的电极来在大气压下产生低温等离子体。如图1所示，根据本专利技术，装置有一对电极1和2，该对电极1和2布置成彼此相对。这两个电极中的一个与电源6相连，而另一电极接地。当电源6提供直流电时，接地电极为阳极2，与电源6相连的电极设置为阴极1。优选是，两个电极都由金属制成，例如不锈钢、铝或铜。电介质3和4分别安装在电极1和2，并布置成彼此相对。为了便于产生等离子体，优选是各电介质3和4的厚度为从25μm至10mm。在安装在与电源相连的电极1上的电介质3中，提供有放电间隙7，该放电间隙沿垂直于电介质表面的方向穿过该电介质3。另一方面，安装在接地电极2表面上的电介质4没有放电间隙。也就是，一个具有垂直穿孔放电间隙的电介质安装在与电源6相连的电极1上，另一个没有放电间隙的电介质安装在接地电极2上，然后，这两个电介质布置成彼此相对。具有一定宽度(a)和一定高度(b)并从电极1上伸出的导体电极5布置在各个放电间隙7中。导体电极5有尖端8、8’或8”，这些尖端可以有图3A、3B或3C所示形状。通过利用电源6的电场，导体电极5在尖端8、8’或8”处积累电荷，这些尖端有利于积累电荷的放电。此外，尖端8、8’或8”还有控制各放电间隙7的宽度(a)和高度(b)的功能。如图3A、3B和3C所示，形成于导体电极5上的尖端的形状可以为尖角形、矩形或曲线形。其它各种形状也可以用于这些尖端。优选是，尖端的高度(b)为它们的宽度(a)的0.1-20倍，同时，这些尖端的密度为每10mm有1-100个。对尖端的尺寸和数量的限制是因为当该尺寸和数量超出范围时，电荷在尖端积累的效率太低，以致于不能降低放电开始和保持电压，且不能获得高密度等离子体和不能产生均匀的等离子体。尽管具有板结构电极的装置表示为在与电源6相连的电极1上有电介质3以及在接地电极上有电介质4，但是应当知道，本专利技术并不局限于此，而是可以有各种结构。例如，上面布置有电介质3和4的电极1和2可以改变位置，也就是，具有放电间隙7的电介质3安装在接地电极2上，而没有放电间隙7的电介质4安装在与电源6相连的电极1上。此外，当具有放电间隙7的电介质安装在电极1和2中的一个上时，剩下的一个可以没有电介质。电介质的厚度范围为从25μm至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在大气压下产生低温等离子体的装置，包括：彼此相对的一对电极，该对电极间开一定距离，它们中的一个与电源相连，另一个接地；一对电介质，该对电介质的厚度为２５μｍ－１０ｍｍ，布置在电极的相对表面上，以便彼此相对，在它们中的一个内有至少一个放电间隙；以及导体电极，该导体电极有至少一个尖端，该至少一个尖端布置在放电间隙内，其中，通过采用频带为５０Ｈｚ－１０ＧＨｚ的脉冲直流电或交流电，同时在电极之间供给反应气体，从而由电源在电极之间施加１－１００ＫＶ／ｃｍ的电场强度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：南基锡，李相老，李九铉，罗钟周，金钟国，
申请(专利权)人：SE等离子体公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]