本发明专利技术公开了一种大气压低温等离子体电刷发生装置及其阵列组合，以解决现有技术中大气压等离子体发生装置工作时产生的等离子体气流温度较高，需额外配置冷却系统而导致难以在实际工业应用的问题。其结构包括主体腔室和两个电极，主体腔室具有进气端口和出气端口，所述出气端口为窄缝状，主体腔室内靠近该出气端口的部分自然形成窄缝腔体，所述两个电极的放电端位于所述窄缝腔体处。本发明专利技术大气压低温等离子体电刷发生装置可以在常压下产生等离子体；其结构设计具有多样性，且成本低廉，操作安全方便，采用本发明专利技术等离子体电刷发生装置在处理大面积或复杂外形结构的物品时，要比传统的低压等离子体发生设备简单的多。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种大气压低温等离子体电刷发生装置及其阵列组合，常应用于物质 表面清理，材料性质改良，杀菌和环境净化等领域的设备。
技术介绍
近年来，等离子体技术(等离子体处理工艺)被广泛地应用于半导体制造、物质材 料表面清理与改良，杀菌等工业领域。等离子体技术在上述众多工业领域的成功应用缘于 等离子体的非平衡特性。在非平衡态等离子体体系中，存在着大量的低温化学活性物种，当 这些活性物种与其它物质表面接触时，能够在不影响这些物质整体性质的情况下，改良物 质表面特性。在传统的工业领域中，主要依靠低压辉光放电非平衡等离子体进行材料处理，而 该等离子体产生过程需要昂贵的真空设备，还存在被处理物质与真空装置兼容困难的不利 因素。巨大金额真空设备的投资，较高设施维护修理费用以及操作控制的复杂性等因素限 制了低压辉光放电非平衡等离子体处理工艺的大范围使用。相对带有真空设备的低压辉光等离子体发生装置而言，大气压低温等离子体电刷 发生装置要廉价许多，也不需要被处理物质处在真空环境中。近几十年来，人们都致力于 大气压非平衡等离子体设备的研发，然而报道的仅仅是为数不多的几种大气压等离子体发 生装置。其中，大气压等离子体射流(APPJ)潜在的应用价值最大，它是运用谐振腔进行射 频放电来产生等离子体，输入的射频能量大约在300 500瓦特，在两个圆柱形电极之间的 环形区域产生等离子体，并依靠向中心电极输入射频能量来维持。为了防止电火花的产生， 等离子体维持气体必须选择氦气。在物质表面处理过程中，需向等离子体维持气体中添加 0.5 的活性气体，比如氧气、碳氟化合物(四氟化碳等)、碳氟氧化物和卤素等，来产 生化学活性物种。然而，大气压等离子体射流(APPJ)，需要较高的能量来引发和维持。其 中，大部分能量被等离子体气体吸收而产生温升。因而也需要冷却系统来保证大气压等离 子体射流(APPJ)在低温常压下正常工作。其它大气压等离子体也兼有低压等离子体的一 些特性，但其产生的等离子体温度较高，在实际工业应用，比如材料处理当中受到了很大的 限制。目前，等离子体发生装置很难获得大体积的等离子体，除此之外，对等离子体维持气 体的纯度要求也颇高，并对活性气体的选择性也很小，这些不利因素都限制着大气压等离 子体技术进一步发展和应用。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种大气压低温等离子体电刷发生装置，以解决现有技术中大气 压等离子体发生装置工作时产生的等离子体气流温度较高，需额外配置冷却系统而导致难 以在实际工业应用的问题。本专利技术的技术方案如下一种大气压低温等离子体电刷发生装置，包括主体腔室和两个电极，主体腔室具有进气端口和出气端口，所述出气端口为窄缝状，主体腔室内靠近该出气端口的部分形成 窄缝腔体(该窄缝腔体的出口即窄缝状的出气端口)，所述两个电极的放电端位于所述窄 缝腔体处，即两个电极的放电端在主体腔室的窄缝腔体部分进行放电。上述主体腔室内自进气端口至出气端口逐渐收缩或趋于扁平(平滑线性变化、阶 跃式变化均可)，或者主体腔室内整体即为窄缝腔体。上述两个电极的回路上还串联有镇流电阻。上述大气压低温等离子体电刷发生装置还包括进气流量控制单元，所述进气端口 处设置有流量计；所述出气端口处还设置有温度传感器，具体选择热电偶传感器。上述出气端口的宽度与厚度之比为5 100，以10 100为佳。进入上述主体腔室的气体为等离子体维持气体和/或活性气体，其中等离子体维 持气体包括惰性气体、氮气、空气、氧气中的一种以及上述气体中任意两种以上形成的混合 物，活性气体包括碳氟化合物、碳氟氧化物、卤素气体中的一种以及上述气体中任意两种以 上形成的混合物。为上述两个电极提供放电电压的电源为直流电源或交流电源，其中，交流电源的 频率从工频至13. 56MHz的射频范围内可调；电源模式为连续或脉冲形式。上述主体腔室由聚四氟乙烯、绝缘陶瓷或两者的混合材料制成。上述电极为钨、镍、钽、钼或其合金制成的电极，两个电极相互正对的放电端面为 平面或针尖状。本专利技术还提供了一种应用于大面积对象处理的等离子体电刷发生装置，其核心是 由上述大气压低温等离子体电刷发生装置形成的阵列组合。本专利技术提供的大气压低温等离子体电刷发生装置及其阵列组合实现了在常压下 产生接近室温，形如刷状的低温等离子体射流。工作中，让等离子体维持气体和活性气体穿 越腔室，在靠近出气端口的两个电极上外加一定的电压来激发等离子体维持气体和活性气 体，使其放电产生刷状的等离子体射流，从出气端口喷出。利用镇流电阻，选择合适的等离 子体维持气体和活性气体，以及合理地设计窄缝腔体可以避免辉光放电转变成电弧放电。 刷状等离子体射流从腔室的出口喷出，该射流具有非平衡态等离子体的活性特征，因而，此 等离子体发生设备可以用来进行等离子体表面处理和清洗、等离子体沉积、等离子体杀菌 以及等离子体净化和生化武器的排除。本专利技术具有以下优点1.本专利技术大气压低温等离子体电刷发生装置可以在常压下产生等离子体。扁平电 刷状的等离子体射流使得较大面积的等离子体暴露于大气中，从放电区间携带的热量可以 迅速地散发到空气中去，此结构除了有利于消除热不稳定因素，防止辉光放电转变成电弧 放电以外，还起到了良好的自然冷却作用。因而，在某些特殊的应用方面，该装置能够产生 接近室温的等离子体射流，最高不超过200°C。适合用来处理热敏材料，对其不造成任何损 伤。采用镇流电阻，并选择适当的等离子体维持气体和活性气体可以防止辉光放电转变成 电弧放电。2.该装置的结构设计具有多样性，且成本低廉，无需昂贵的真空系统就可以产生 低温等离子体射流；操作安全方便，对被处理物品的尺寸和形状没有严格的限制，采用本发 明等离子体电刷发生装置在处理大面积或复杂外形结构的物品时，要比传统的低压等离子体发生设备简单的多。3.刷状式的等离子体射流能够高效地利用等离子体维持气体和活性气体来节省能量°4.等离子体电刷发生装置功耗低，可以小到几瓦特，因此可以采用汽车电池，甚至 干电池进行供电。在特殊情况下，等离子体电刷发生装置也可以在几百瓦特的功率下工作。 阵列式的等离子体发生装置能够以较高的效率对大面积的物体进行处理。用干电池供电的 等离子体电刷阵列式装置可以手持着使用。5.结构简单和功耗低的特点能够确保该装置发展成为便携式设备。 附图说明图1为本专利技术主体结构示意图，其中a为静态示意图，b为工作时等离子体电刷形 成的示意图；图2大气压低温等离子体电刷发生装置的工作示意图；图3阵列式大气压低温等离子体电刷发生装置基片材料处理示意图。具体实施例方式本专利技术提供的大气压低温等离子体电刷发生装置，由一个主体腔室，两个电极，一 个镇流电阻，一个质量流量计和一个电源设备组成。主体腔室包括两个端口，一个端口为进 气端口，另一个端口为出气端口，主体腔室内靠近该出气端口的部分自然形成窄缝腔体。在 主体腔室内部，靠着出气端口布置着两个电极，两个电极正对着固定在主体腔室两边的壁 上。其中的一个电极与镇流电阻连接。主体腔室是由像聚四氟乙烯一类的聚合物或绝缘陶 瓷材料制作而成；电极为耐热的金属材料，而这些金属包括钨、镍、钽、钼以及这些金属的合 金，但不限制于上述材料。腔室中两个电极正对的端面既可以是平面也可以是针尖状。该 装置中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大气压低温等离子体电刷发生装置，包括主体腔室和两个电极，主体腔室具有进气端口和出气端口，其特征在于：所述出气端口为窄缝状，主体腔室内靠近该出气端口的部分形成窄缝腔体，所述两个电极的放电端位于所述窄缝腔体处。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：段忆翔，赵卫，汤洁，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：87
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