等离子体生成装置制造方法及图纸

公开了用于通过瞬态空心阴极放电效应生成等离子体的装置。该装置包括：腔室，腔室包括气体可以通过其进入腔室的入口和气体可以通过其离开腔室的出口；设置在腔室中的阴极电极，阴极电极包括多个空心阴极；与阴极间隔开的阳极电极；电源；以及电源控制器，其配置为在已经发生电击穿之后将电功率的功率电平降低到低于维持多个空心阴极处的等离子体所需的第一功率电平。每个空心阴极包括贯穿厚度的孔，气体可以通过贯穿厚度孔从阴极电极的一侧流到阴极电极的另一侧。还公开了一种模块化装置，其包括串联和/或并联布置的多个等离子体反应器模块。反应器模块。反应器模块。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】等离子体生成装置


[0001]本专利技术涉及用于生成等离子体的装置。更具体地，本专利技术的实施例涉及用于通过瞬态空心阴极放电(Transient Hollow Cathode Discharge，THCD)效应生成等离子体的装置。

技术介绍

[0002]本领域已知有各种形式的用于生成等离子体的装置，这些装置具有广泛的应用。等离子体是一种不同于固体、液体或气体的物质状态，其包括自由电子与带正电离子的气体的混合物。等离子体独特的化学和物理性质可用于许多不同的应用，诸如处理材料表面以获得所需性质，诸如疏水性，或去除物理对象表面的污染物。
[0003]本专利技术就是在这种背景下做出的。

技术实现思路

[0004]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于通过瞬态空心阴极放电效应生成等离子体的装置，该装置包括：腔室，腔室包括气体可以通过其进入腔室的入口和气体可以通过其离开腔室的出口；设置在腔室中的阴极电极，阴极电极包括多个空心阴极，每个空心阴极包括贯穿厚度的孔，气体可以通过贯穿厚度孔从阴极电极的一侧流到阴极电极的另一侧，其中装置配置为限定从入口到出口的、穿过多个空心阴极贯穿厚度孔的气流通路；与阴极间隔开的阳极电极；电源，其电连接至阳极电极和阴极电极，用于提供电功率以在多个空心阴极处生成等离子体；以及电源控制器，其配置为在发生电击穿之后将电功率的功率电平降低到低于维持多个空心阴极处的等离子体所需的第一功率电平。
[0005]在根据第一方面的一些实施例中，电源控制器配置为通过停止向阴极和阳极提供电功率来降低功率电平。
[0006]在根据第一方面的一些实施例中，电源控制器配置为在通过以大于或等于第一功率电平的电平提供电功率达到预定的一段时间而发生电击穿之后降低功率电平，其中预定的一段时间是足够发生电击穿的一段时间。
[0007]在根据第一方面的一些实施例中，装置包括用于检测指示电击穿的发生的特征的元件，其中，电源控制器配置为响应于检测到指示电击穿的发生的特征而将电功率的功率电平降低到低于第一功率电平。例如，在一些这样的实施例中，该特征包括电流和/或电压的变化。
[0008]在根据第一方面的一些实施例中，电源控制器配置为控制电源将电功率作为电压脉冲序列间歇地提供，并且配置为根据气体通过腔室的流速来设定电压脉冲的频率。
[0009]在根据第一方面的一些实施例中，入口和出口设置在阴极电极的相反侧上。
[0010]在根据第一方面的一些实施例中，腔室配置为使得气体只能经由多个空心阴极从阴极电极的一侧流到另一侧。
[0011]在根据第一方面的一些实施例中，阳极电极设置在阴极电极的与入口相反的一侧
上。
[0012]在根据第一方面的一些实施例中，阳极电极被布置成形成延伸跨过阴极电极的与阳极电极相对的面的整体或部分的气流屏障，使得离开空心阴极的气体被阳极电极偏转从而旁侧地(laterally)流过阴极电极的该面。
[0013]在根据第一方面的一些实施例中，阳极电极与阴极电极之间的间隔距离设定为，使得在阳极电极与阴极电极之间的间隙中旁侧流动的气流的阻力低于穿过多个空心阴极的气流的阻力，使得穿过腔室的气流的速率取决于穿过多个空心阴极的气流的阻力。
[0014]在根据第一方面的一些实施例中，阳极电极与阴极电极之间的间隔距离设定为，使得在阳极电极与阴极电极之间的间隙中旁侧流动的气流的阻力高于穿过多个空心阴极的气流的阻力。
[0015]在根据第一方面的一些实施例中，该装置包括设置在阳极电极与阴极电极之间的电绝缘层或电半绝缘层，以便在已经发生电击穿后限制递送到等离子体的能量的量。
[0016]在根据第一方面的一些实施例中，在使用中，装置能够在腔室中的气体处于大气压力时生成等离子体。
[0017]在根据第一方面的一些实施例中，多个空心阴极排列成多个空心阴极组，并且阴极电极包括多个导电通路，导电通路中的每一个将一个组内的空心阴极彼此连接起来，用于向该空心阴极组提供电功率，并且其中，相邻组的空心阴极通过电绝缘区域彼此间隔开。
[0018]在根据第一方面的一些实施例中，多个空心阴极成多行地排列在阴极电极上，其中，一个组包括位于一行上的多个空心阴极，并且相邻组包括位于相邻行上的多个空心阴极。
[0019]在根据第一方面的一些实施例中，每个空心阴极的内表面包括对生物样本有毒的材料的涂层。例如，该材料可包括金、银、钯和/或铜。
[0020]在根据第一方面的一些实施例中，电源是电容驱动电路，其包括：具有高压端和低压端的电压源；连接在高压端与第一节点之间的第一开关；连接在第一节点与第二节点之间的第二开关；经由电阻器连接在第二节点与第三节点之间的第一电感器；连接在第三节点与高压输出之间的第二电感器，其中高压输出连接到阴极电极；连接在第一节点与低压端之间的第一电容器；以及连接在第三节点与低压端之间的第二电容器，其中，低压端进一步连接到阳极电极。
[0021]在根据第一方面的一些实施例中，阳极电极包括集成隔离电容器，阳极电极包括：呈第一导电层形式的顶部电极；呈第二导电层形式的中间电极，第一和第二导电层被绝缘电介质隔开并且经由穿过绝缘电介质的导电通路彼此连接；以及呈第三导电层形式的底部电极，第三导电层通过绝缘电介质与第二导电层隔开，其中，第二和第三导电层一起用作集成隔离电容器。
[0022]根据本专利技术的第二方面，提供了一种模块化装置，其包括多个等离子体反应器模块，每个等离子体反应器模块包括根据第一方面的装置。
[0023]在根据第二方面的一些实施例中，等离子体反应器模块中的两个或更多个串联连接，使得离开等离子体反应器模块当中的一个的出口的气体随后进入串联中的等离子体反应器模块当中的下一个的入口。
[0024]在根据第二方面的一些实施例中，如此选择串联连接的等离子体反应器模块的数
量，以实现穿过多个等离子体反应器模块之后、离开模块化装置的气体的期望特征。
[0025]在根据第二方面的一些实施例中，等离子体反应器模块中的两个或更多个并联连接，以便限定出穿过模块化装置的多个气流路径，使得进入模块化装置的气体在多个气流路径间被分配，并且沿着各个气流路径流动的一部分气体在离开模块化装置之前必须仅穿过并联连接的等离子体反应器模块中的相应的一个。
[0026]在根据第二方面的一些实施例中，如此选择并联连接的等离子体反应器模块的数量，以实现穿过模块化装置的气流的期望速率。
[0027]根据本专利技术的第三方面，提供了一种电容驱动电路，其包括具有高压端和低压端的电压源；连接在高压端与第一节点之间的第一开关；连接在第一节点与第二节点之间的第二开关；经由电阻器连接在第二节点与第三节点之间的第一电感器；连接在第三节点与高压输出之间的第二电感器，其中高压输出连接到阴极电极；连接在第一节点与低压端之间的第一电容器；以及连接在第三节点与低压端之间的第二电容器，其中，低压端进一步连接到阳极电极。
[0028]根据本专利技术的第四方面，提供了一种用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于通过瞬态空心阴极放电效应生成等离子体的装置，所述装置包括：腔室，所述腔室包括气体可以通过其进入所述腔室的入口和所述气体可以通过其离开所述腔室的出口；设置在所述腔室中的阴极电极，所述阴极电极包括多个空心阴极，每个所述空心阴极包括贯穿厚度的孔，所述气体可以通过所述贯穿厚度孔从所述阴极电极的一侧流到所述阴极电极的另一侧，其中所述装置配置为限定出从所述入口到所述出口的、穿过所述多个空心阴极贯穿厚度孔的气流通路；与所述阴极间隔开的阳极电极；电源，所述电源电连接至所述阳极电极和所述阴极电极，用于提供电功率以在所述多个空心阴极处生成等离子体；以及电源控制器，所述电源控制器配置为在已经发生电击穿之后将所述电功率的功率电平降低到低于维持所述多个空心阴极处的所述等离子体所需的第一功率电平。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电源控制器配置为通过停止向所述阴极和所述阳极提供电功率来降低所述功率电平。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述电源控制器配置为在通过以大于或等于所述第一功率电平的电平提供所述电功率达到预定的一段时间而发生电击穿之后降低功率电平，其中所述预定的一段时间是足够发生电击穿的一段时间。4.根据权利要求1或2所述的装置，包括：用于检测指示电击穿的发生的特征的元件，其中，所述电源控制器配置为响应于检测到指示所述电击穿的发生的所述特征而将所述电功率的所述功率电平降低到低于所述第一功率电平。5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述特征包括电流和/或电压的变化。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述电源控制器配置为控制所述电源将所述电功率作为电压脉冲序列间歇地提供，并且配置为根据气体通过所述腔室的流速来设定所述电压脉冲的频率。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述入口和所述出口设置在所述阴极电极的相反侧上。8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述腔室配置为使得气体只能经由所述多个空心阴极从所述阴极电极的一侧流到另一侧。9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述阳极电极设置在所述阴极电极的与所述入口相反的一侧上。10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述阳极电极被布置成形成延伸跨过所述阴极电极的与所述阳极电极相对的面的整体或部分的气流屏障，使得离开所述空心阴极的气体被所述阳极电极偏转从而旁侧地流过所述阴极电极的所述面。11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述阳极电极与所述阴极电极之间的间隔距离设定为，使得在所述阳极电极与所述阴极电极之间的间隙中旁侧流动的气流的阻力低于穿过所述多个空心阴极的气流的阻力，使得穿过所述腔室的气流的速率取决于穿过所述多个空心阴极的气流的所述阻力。12.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中，所述阳极电极与所述阴极电极之
间的间隔距离设定为，使得在所述阳极电极与所述阴极电极之间的间隙中旁侧流动的气流的阻力高于穿过所述多个空心阴极的气流的阻力。13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括：设置在所述阳极电极与所述阴极电极之间的电绝缘层或电半绝缘层，以在发生电击穿后限制递送...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得，
申请(专利权)人：彼得，
类型：发明
国别省市：