本發(fā)明屬于等離子體制備，具體涉及一種長(zhǎng)間隙大氣壓輝光放電低溫等離子體源裝置。

背景技術(shù)：

1、等離子體是由部分或完全電離的原子、分子、自由基、帶電粒子、電子和紫外線光子等組成的氣體產(chǎn)生。由于電離后整個(gè)體系的正負(fù)電荷相同，因此被稱為除固、液、氣之外的第四種狀態(tài)。低溫等離子體是一種處于非熱力學(xué)平衡狀態(tài)的等離子體，整個(gè)體系可保持較低的溫度，但電子能量可達(dá)到0-20電子伏特，足以引發(fā)化合物的解離和電離。因此近年來(lái)，低溫等離子體技術(shù)已經(jīng)引起越來(lái)越多的關(guān)注，在微生物消毒、生物育種、空氣凈化和材料改性等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

2、低溫等離子體主要通過(guò)電暈放電和介質(zhì)阻擋放電實(shí)現(xiàn)。其中，電暈放電屬于局部放電，等離子體密度較低，且容易過(guò)渡到高溫電弧放電。由于電極直接暴露在空氣中，放電電極易氧化腐蝕，導(dǎo)致其使用壽命縮短，并增加下一次放電的開(kāi)啟場(chǎng)強(qiáng)。因此，大多數(shù)能夠提供大面積且高電子密度的技術(shù)采用介質(zhì)阻擋放電。

3、中國(guó)專利cn201720745630.0公布了種大氣壓輝光等離子體發(fā)生裝置及紡織材料處理裝置，該專利采用雙介質(zhì)dbd放電電極設(shè)計(jì)，有效抑制了電弧放電。然而，介質(zhì)阻擋放電的功耗通常高達(dá)上百瓦，導(dǎo)致大量熱效應(yīng)的產(chǎn)生，并伴隨大量細(xì)絲放電。

4、為了解決這些問(wèn)題，中國(guó)專利cn?201510021685.2公布了一種實(shí)現(xiàn)大氣壓下空氣中均勻輝光放電的裝置。該專利通過(guò)在放電電極表面吸附半衰期為5710年的碳-14，增加了空氣中初始電子的濃度，降低了氣體放電所需的電場(chǎng)強(qiáng)度，從而顯著減少了放電過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，并實(shí)現(xiàn)均勻放電。然而，該方法的放電間隙較短，最長(zhǎng)僅為7mm。

5、此外，中國(guó)專利cn?114745839?a公布了一種基于種子電子生成的面-體耦合放電等離子體裝置。該裝置利用共面放電產(chǎn)生預(yù)電離效應(yīng)以提供種子電子，并通過(guò)施加相反極性的脈沖或交流電壓在毛細(xì)管共面放電陣列電極上方生成耦合放電等離子體裝置。盡管它能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)間隙放電達(dá)到最高50mm，但未能有效增加低溫等離子體的作用體積。此外，使用毛細(xì)管內(nèi)摻雜導(dǎo)電但不均勻分布的金屬作為電極可能會(huì)顯著降低放電的均勻性。再者，該裝置需要兩個(gè)激勵(lì)電源同時(shí)作用，操作難度顯著增加，并且仍會(huì)產(chǎn)生大量熱效應(yīng)。輝光放電因其作用范圍大、等離子體密度高且均勻，具有廣闊的應(yīng)用前景。通常，輝光放電低溫等離子體在低氣壓或稀有氣體環(huán)境中生成。然而，在大氣壓環(huán)境下，由于電子的平均自由程比低氣壓環(huán)境下短，電極間電壓較高，電子碰撞電離次數(shù)增多，帶電離子密度增大，容易轉(zhuǎn)化為絲狀或電弧放電。

6、中國(guó)專利cn107295740a公布了一種產(chǎn)生均勻大氣壓下輝光放電的裝置及方法與流程。該專利從激勵(lì)電源設(shè)計(jì)入手，利用高壓諧振電源的恒流特性，防止電子崩的過(guò)渡發(fā)展，從而驅(qū)動(dòng)內(nèi)徑范圍為10-30mm的穩(wěn)定絲狀大氣壓輝光放電。然而，該專利的裝置仍采用裸露的針狀電極，無(wú)法維持長(zhǎng)時(shí)間放電，并且放電間隙未有大幅度增加，只擴(kuò)展了二維平面的作用范圍。

7、基于此，提出了一種長(zhǎng)間隙大氣壓輝光放電低溫等離子體源裝置，解決了當(dāng)前低溫等離子體發(fā)生技術(shù)中存在的問(wèn)題，包括放電間隙較短、功耗高、產(chǎn)生的低溫等離子體體積小、活性物種生成范圍有限、裸露電極易氧化腐蝕，以及電極間電壓較高且易轉(zhuǎn)化為電弧放電等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種長(zhǎng)間隙大氣壓輝光放電低溫等離子體源裝置，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種長(zhǎng)間隙大氣壓輝光放電低溫等離子體源裝置，包括等離子體源，所述等離子體源由等離子體源框架模塊、空氣預(yù)電離微電極、種子電子倍增模塊和等離子體源輸出端封裝模塊組成；

3、所述等離子體源框架模塊由帶凸槽的陶瓷框架和帶凹槽的陶瓷框架相互嵌合組成；

4、所述空氣預(yù)電離微電極設(shè)置在陶瓷框架內(nèi)，所述空氣預(yù)電離微電極的電離端為表面經(jīng)鍍金處理的圓齒狀九陣列微電極，所述空氣預(yù)電離微電極的微電極激勵(lì)端內(nèi)設(shè)置有內(nèi)孔，所述空氣預(yù)電離微電極外還設(shè)置有陣列矩形凸槽；

5、所述種子電子倍增模塊由軸向環(huán)形柱狀磁鐵與通過(guò)樹(shù)脂絕緣層包裹圓柱形鍍金小圓孔陶瓷板和圓柱形鍍金中圓孔組成，所述種子倍增模塊與等離子體源框架模塊之間通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠相接合固定；

6、所述等離子體源輸出端封裝模塊為銅鎳合金制成的多孔陣列發(fā)射極，所述多孔陣列發(fā)射極與等離子體源框架模塊之間通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠相接合固定，所述等離子體源輸出端封裝模塊用于控制氣體介質(zhì)極化后空間電荷漂移運(yùn)動(dòng)方向，進(jìn)而產(chǎn)生均勻的等離子。

7、作為本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，所述空氣預(yù)電離微電極的上表面和下表面經(jīng)過(guò)覆銅處理的通孔魚(yú)排形矩形陶瓷，所述圓齒狀九陣列微電極外表面附有一層導(dǎo)電銀膠。

8、作為本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，所述圓齒狀九陣列微電極電離端采用碳納米管-nafion復(fù)合材料進(jìn)行浸提法處理，浸提次數(shù)為1，同時(shí)在交流電壓400v，頻率1.5khz下作用時(shí)間8s，最后置于60℃真空干燥箱中固定。

9、作為本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，所述空氣預(yù)電離微電極通過(guò)陣列矩形凸槽以及陣列矩形凸槽與所述等離子體源框架內(nèi)部陣列矩形凹槽和內(nèi)部陣列矩形凹槽相接合。

10、作為本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，所述多孔陣列發(fā)射極的上表面和所述種子電子倍增器的下表面通過(guò)導(dǎo)電銀漿沾接，并使得孔孔相對(duì)，最終形成“小孔-中孔-大孔”結(jié)構(gòu)。

11、作為本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，對(duì)突起部分的多孔陣列發(fā)射極依次噴涂上導(dǎo)電銀漆、石墨烯和聚四氟乙烯絕緣涂層，其中聚四氟乙烯絕緣涂層可在放電發(fā)生時(shí)限制放電電流的自由增長(zhǎng)，阻止了電極間火花放電或弧光放電的形成，形成介質(zhì)阻擋放電結(jié)構(gòu)。

12、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

13、本發(fā)明通過(guò)克服傳統(tǒng)等離子體發(fā)生器功耗高、發(fā)熱嚴(yán)重以及傳統(tǒng)等離子體源/電極易于氧化腐蝕、穩(wěn)定性差和放電間隙短等問(wèn)題。該低溫等離子體源產(chǎn)生的等離子放電間隙可達(dá)8cm，功耗在0-35w內(nèi)可調(diào)，單個(gè)低溫等離子體源產(chǎn)生的低溫等離子體可覆蓋148cm3。

技術(shù)特征：

1.一種長(zhǎng)間隙大氣壓輝光放電低溫等離子體源裝置，其特征在于：包括等離子體源，所述等離子體源由等離子體源框架模塊(11)、空氣預(yù)電離微電極(12)、種子電子倍增模塊(13)和等離子體源輸出端封裝模塊(14)組成；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長(zhǎng)間隙大氣壓輝光放電低溫等離子體源裝置，其特征在于，所述空氣預(yù)電離微電極(12)的上表面和下表面經(jīng)過(guò)覆銅處理的通孔魚(yú)排形矩形陶瓷，所述圓齒狀九陣列微電極外表面附有一層導(dǎo)電銀膠。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長(zhǎng)間隙大氣壓輝光放電低溫等離子體源裝置，其特征在于，所述圓齒狀九陣列微電極電離端采用碳納米管-nafion復(fù)合材料進(jìn)行浸提法處理，浸提次數(shù)為1，同時(shí)在交流電壓400v，頻率1.5khz下作用時(shí)間8s，最后置于60℃真空干燥箱中固定。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長(zhǎng)間隙大氣壓輝光放電低溫等離子體源裝置，其特征在于，所述空氣預(yù)電離微電極(12)通過(guò)陣列矩形凸槽以及陣列矩形凸槽與所述等離子體源框架內(nèi)部陣列矩形凹槽和內(nèi)部陣列矩形凹槽相接合。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長(zhǎng)間隙大氣壓輝光放電低溫等離子體源裝置，其特征在于，所述多孔陣列發(fā)射極的上表面和所述種子電子倍增模塊(13)下表面通過(guò)導(dǎo)電銀漿沾接，并使得孔孔相對(duì)，最終形成“小孔-中孔-大孔”結(jié)構(gòu)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種長(zhǎng)間隙大氣壓輝光放電低溫等離子體源裝置，其特征在于，對(duì)突起部分的多孔陣列發(fā)射極依次噴涂上導(dǎo)電銀漆、石墨烯和聚四氟乙烯絕緣涂層，其中聚四氟乙烯絕緣涂層可在放電發(fā)生時(shí)限制放電電流的自由增長(zhǎng)，阻止了電極間火花放電或弧光放電的形成，形成介質(zhì)阻擋放電結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種長(zhǎng)間隙大氣壓輝光放電低溫等離子體源裝置，包括等離子體源，等離子體源由等離子體源框架模塊、空氣預(yù)電離微電極、種子電子倍增模塊和等離子體源輸出端封裝模塊組成，空氣預(yù)電離微電極設(shè)置在陶瓷框架內(nèi)，種子電子倍增模塊由軸向環(huán)形柱狀磁鐵與通過(guò)樹(shù)脂絕緣層包裹圓柱形鍍金小圓孔陶瓷板和圓柱形鍍金中圓孔組成，種子倍增模塊與等離子體源框架模塊之間通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠相接合固定，等離子體源輸出端封裝模塊為銅鎳合金制成的多孔陣列發(fā)射極。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)等離子體發(fā)生器功耗高、發(fā)熱嚴(yán)重以及傳統(tǒng)等離子體源/電極易于氧化腐蝕、穩(wěn)定性差和放電間隙短等問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：陳緣,潘文鋒,鐘奶才,鐘近藝,廖景文
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣州先進(jìn)技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28