CN100482031C - 一种大气压介质阻挡辉光放电等离子体发生方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大气压介质阻挡辉光放电等离子体发生装置及方法，该装置包括导电液电极、惰性气体源，所述导电液电极设置于双层介质材料管的外层中，所述双层介质材料管的里层连接有惰性气体源，并且所述双层介质材料管的里层设有在电压作用下可与导电液电极之间放电的电极棒，该电极棒与高压电源、导电液电极构成回路。本发明是采用导电溶液为外电极的新型大气压介质阻挡放电装置，避免了因反射等离子体导致两电极短路而产生的拉弧现象，同时水溶液还能对系统进行冷却，减少能耗；而且液体电极避免了受热金属电极因与介质的膨胀系数不同而导致介质破裂的发生，从而延长了使用寿命，为实现商业化运作创造了条件。
Description
技术领域
本发明涉及一种大气压介质阻挡辉光放电等离子体发生方法及装置。
背景技术
在传统等离子体研究中，真空条件下产生等离子体一直占据着主导地位。最近，大气压等离子体源由于其具有不需要昂贵的真空装置、系统简单、操作方便等优点越来越受到科研工作者的注意。到目前为止，已有许多大气压等离子体放电源被设计出来，其频率从直流的50Hz到微波的2.45GHz，这些放电源表现出了良好的应用前景，像用于杀菌、发生臭氧、等离子体显示屏、表面改性、废水废气处理等。但这些放电系统的外电极都是金属，且被套在或镀在介质层表面，由于介质层与金属的膨胀系数不同，在放电过程中介质层容易破裂或金属层脱落，另一方面，用该炬对不规则材料进行处理时，如用于管子内表面改性，被反射的等离子体会把两电极短路，产生很热的等离子体弧，从而会烧坏被改性的材料，尤其是有机材料。因此把这些装置成功的实现工业化还有一定困难。
发明内容
针对上述现状，本发明的目的在于提供一种大气压介质阻挡辉光放电等离子体发生方法及装置。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案为：
一种大气压介质阻挡辉光放电等离子体发生装置，包括导电液电极、惰性气体源，所述导电液电极设置于双层介质材料管的外层中，所述双层介质材料管的里层连接有惰性气体源，并且所述双层介质材料管的里层设有在电压作用下可与导电液电极之间放电的电极棒，该电极棒与高压电源、导电液电极构成回路。
进一步，所述惰性气体源的出口处设有流量计。
进一步，所述流量计为浮子流量计。
进一步，所述双层介质材料管上端开口。
进一步，所述导电液电极为水或盐类溶液或碱类溶液。
进一步，所述双层介质材料管为石英管。
进一步，所述电极棒为中心管状电极，该中心管状电极通过导管连接用于进行化学气相沉积的有机气体源。
进一步，所述有机气体源的气体出口处设有质量流量计。
一种大气压介质阻挡辉光放电等离子体发生方法，将导电液注入双层介质材料管的外层中，在双层介质材料管的里层设置电极棒，用惰性气体将双层介质材料管里层内的空气排出，并使惰性气体保持放电要求的稳定流速流入双层介质材料管里层，将导电液电极、电极棒分别连接高压电源的两级，则在双层介质材料管的出口形成辉光放电等离子体炬。
进一步，所述惰性气体通过惰性气体源流出，并且惰性气体源的出口处设有流量计。
本发明的优点是：本发明是采用导电溶液为外电极的新型大气压介质阻挡放电装置，采用柔性水溶液做电极，避免了因反射等离子体导致两电极短路而产生的拉弧现象，同时水溶液还能对系统进行冷却，减少能耗；而且液体电极避免了受热金属电极因与介质的膨胀系数不同而导致介质破裂的发生，从而延长了使用寿命，为实现商业化运作创造了条件。另一方面，导电水溶液外电极被介质材料管保护起来，可对任何形状的材料表面进行表面改性，不必担心反射的等离子体把内外电极短路；而且，本发明更可有效降低真空等离子体需要昂贵真空系统所带来的成本。
用中心管状电极代替电极棒后，由于被蒸发的有机组分通过管状内电极到达辉光放电等离子体区中，故不会影响辉光放电等离子体的形成，而且化学键会快速被高能电子打断在基片上形成聚合物，从而实现了大气压下辉光放电等离子体化学聚合的目标。沉积物在等离子体的中心，不会受空气等其它气体的影响，达到了与真空聚合相似的反应条件。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明装置用于化学气相沉积的结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图具体说明本发明：
如图1所示，本发明大气压辉光放电装置，包括导电液电极1、惰性气体源2、流量计3，导电液电极1设置于双层介质材料管4的外层中，惰性气体源2与双层介质材料管4的里层之间连接有导管5，为确定惰性气体的流量，在惰性气体源2的出口处设有流量计3，该流量计采用浮子流量计；所述双层介质材料管4的里层设有电极棒6，该电极棒6可选用任何导电金属，该电极棒6与高压电源7、导电液电极1构成回路；所述双层介质材料管4可选用石英管、薄陶瓷管、环氧树脂管等，并且其下端封闭、上端设有开口；所述导电液电极1可选用水溶液或其他导电性能良好的盐类溶液、碱类溶液，如Nacl、Kcl等。
把导电液电极1注入双层介质材料管4的外层中，并保留一段空隙或使其上口处于开通状态，这样可使导电液在管内自由膨胀，先用惰性气体将导管5及双层介质材料管4的里层内的空气排出，然后通过流量计3调节惰性气体流量使其达到放电要求的流速，通常保持在0.2-0.8m3/小时，并把高压电源7调节到一定电压，通常在五、六千伏以上，就会在双层介质材料管4的出口形成2-4cm的辉光放电等离子体炬。
用上述装置及方法可在大气压条件下产生不高于60℃的等离子体炬，该等离子体炬可用于一般的表面改性，还可通过特殊设计实现大气压下等离子体化学气相沉积，如图2所示，用中心管状电极6’代替电极棒6，并且中心管状电极6’通过导管8连接三口瓶9，三口瓶9上分别设有流量计10及分液漏斗20，并且中心管状电极6’通过设于其上端的外绝缘固定套30及其中间的内陶瓷固定套40固定于双层介质材料管4的里层中心。
在化学气相沉积前，先用惰性气体将三口瓶9及整个系统的空气排出，以免空气对反应气体造成污染，排出后继续向系统中通惰性气体，防止被空气再次污染。然后调节放电系统的惰性气体流量使其达到放电要求的流速，同时把储存在分液漏斗20内的一部分有机物滴入三口瓶9中，根据不同有机物的蒸发温度给三口瓶9加适当的水浴温度，用流量计10保持稳定的有机气体流量。由于中心管状电极6’被惰性气体包围，通过中心管状电极6’到达反应区的有机气体不会扩散到双层介质材料管4介质层的内壁对系统形成污染；同时惰性气体和反应有机物的流量都较小，处于层流状态，这些都对介质层有保护作用。把高压电源7调节到一定电压，就会在双层介质材料管4的出口形成2-4cm的辉光放电等离子体炬，中心管状电极6’中的中心反应气体在等离子体作用下电离，在基片A上沉积聚合物，同时为了使形成的聚合膜较均匀也可使样品台B处于旋转状态。
Claims (10)
1、一种大气压介质阻挡辉光放电等离子体发生装置，其特征在于，包括导电液电极、惰性气体源，所述导电液电极设置于双层介质材料管的外层中，所述双层介质材料管的里层连接有惰性气体源，并且所述双层介质材料管的里层设有在电压作用下可与导电液电极之间放电的电极棒，该电极棒与高压电源、导电液电极构成回路。
2、如权利要求1所述的大气压介质阻挡辉光放电等离子体发生装置，其特征在于，所述惰性气体源的出口处设有流量计。
3、如权利要求2所述的大气压介质阻挡辉光放电等离子体发生装置，其特征在于，所述流量计为浮子流量计。
4、如权利要求1或2或3所述的大气压介质阻挡辉光放电等离子体发生装置，其特征在于，所述双层介质材料管上端开口。
5、如权利要求4所述的大气压介质阻挡辉光放电等离子体发生装置，其特征在于，所述导电液电极为水或盐类溶液或碱类溶液。
6、如权利要求5所述的大气压介质阻挡辉光放电等离子体发生装置，其特征在于，所述双层介质材料管为石英管。
7、如权利要求6所述的大气压介质阻挡辉光放电等离子体发生装置，其特征在于，所述电极棒为中心管状电极，该中心管状电极通过导管连接用于进行化学气相沉积的有机气体源。
8、如权利要求7所述的大气压介质阻挡辉光放电等离子体发生装置，其特征在于，所述有机气体源的气体出口处设有质量流量计。
9、一种大气压介质阻挡辉光放电等离子体发生方法，其特征在于，将导电液注入双层介质材料管的外层中，在双层介质材料管的里层设置电极棒，用惰性气体将双层介质材料管里层内的空气排出，并使惰性气体保持放电要求的稳定流速流入双层介质材料管里层，将导电液电极、电极棒分别连接高压电源的两级，则在双层介质材料管的出口形成辉光放电等离子体炬。
10、如权利要求9所述的大气压介质阻挡辉光放电等离子体发生方法，其特征在于，所述惰性气体通过惰性气体源流出，并且惰性气体源的出口处设有流量计。
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