CN101083868A - 基于预电离点火装置的大气压放电冷等离子体发生器 - Google Patents
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Abstract
基于预电离点火装置的大气压放电冷等离子体发生器属于大气压放电冷等子体发生器技术领域，其特征在于：在所述发生器的内部增加了预电离点火装置，所示预电离点火装置是位于两块平板电极或者内外电极之间的金属第三极，从而构成所述的平板型的或同轴型的大气压放电冷等离子体发生器。所述的预电离点火装置可以在较低的击穿电压下实现氮气、空气、氧气等原本在大气压下难以直接击穿的气体的直接击穿并实现稳定的放电，大大降低了大气压放电冷等离子体发生器工作气体的成本。
Description
技术领域
本发明涉及大气压放电冷等离子体发生器技术领域。
背景技术
目前，在低气压条件下可以产生大面积的非平衡冷等离子体，但真空腔的存在，一方面使得设备的制造和维护费用大大增加，另一方面也限制了被处理工件的几何尺寸，从而极大地限制了其应用范围。当前在大气压条件下能够产生的等离子体有两种，一种是热等离子体，其特征是气体温度往往很高，大约10000K量级，主要用于等离子体喷涂、切割、焊接、废物处理、材料表面加工等领域。由于热等离子体温度很高，因此，对于畏热材料，不能采用其进行处理；另一种是冷等离子体，其特征是气体温度很低(接近室温)，但电子温度很高，因此具有很高的化学活性，属于非平衡等离子体。但目前在大气压条件下产生冷等离子体的方法主要是电晕放电、介质阻挡放电等。采用上述方法产生的冷等离子体往往体积比较小，而且空间分布很不均匀。近几年提出的大气压射频辉光放电等离子体技术，可以在大气压条件下产生比较大面积的均匀放电的冷等离子体。大气压射频辉光放电冷等离子体技术由于摆脱了昂贵、复杂的真空系统的限制，在微电子工业、核工业(核废料处理)、生物医学领域、军事领域、甚至在保障国家安全等诸多领域都将有着非常广阔的应用前景，如等离子体刻蚀、等离子体辅助化学气相沉积、材料表面改性、清除生化有机物、放射性废料处理或者清洗放射性沾染的表面、热电厂和某些化工厂的脱硫、脱硝、汽车尾气处理、医疗器械的快速消毒灭菌、制药和食品行业的消毒、食品保鲜、皮肤病治疗等。
但是现有的大气压冷等离子体发生器，无论是平板型冷等离子体发生器还是同轴型冷等离子发生器，主工作气体还只限于氦、氩等稀有气体，或者在其中加入少量氧气、氮气等气体以产生活性粒子。氮气、空气等气体在大气压下，对应的击穿电场很高(空气约为20KV/cm)，虽然实验室内已经可以通过诱导放电方法实现氮气、氧气、空气等气体的放电，但是诱导气体仍然为稀有气体，从而使得这项技术仍无法摆脱价格昂贵的稀有气体的限制。由于稀有气体成本较高，这极大的限制了现有等离子体技术的使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于预电离点火装置的大气压放电冷等离子体发生器。
1.本发明所述发生器的特征之一在于，所述发生器是平板型大气压放电冷等离子体发生器，含有：
接有射频电源的一对电极，该电极由上、下两块平板构成，在平板中间有支撑用的绝缘体；
预电离点火装置结构，形成于所述上、下两块平板之间，所述结构由金属第三极悬置于两平板之间而成。
本发明所述发生器的特征之二在于，所述的绝缘体呈中空的圆筒形，而金属第三极套接在所述的绝缘体之内。
本发明所述发生器的特征之三在于，所述发生器是同轴型大气压放电冷等离子体发生器，含有：
内电极，接射频电源；
外电极，套在所述内电极外，在该外电极侧向或轴向开有在大气压下不能稳定放电的气体的进气口；该外电极和所述内电极之间形成一个供放电气用的回转型通道，该通道连接于进气口的进气通道；
预电离点火装置结构，形成于所述内、外电极之间，所述结构由金属第三极悬置于内、外电极之间而成；
绝缘支架，支撑于所述内、外电极之间。
本发明通过在大气压放电冷等离子体发生器上采用用于预电离的金属第三极，使得冷等离子体的工作气体可以摆脱稀有气体的束缚，直接在大气压下，较大电极间距下以较低的击穿电压实现氮气、空气、氧气等大气压下难以直接击穿的气体的放电。
附图说明
图1.第三极与平板型射频电极和地电极位置示意图；
1a：纵剖视图；1b：横剖视图；
图2.第三极与同轴型射频电极和地电极位置示意图
具体实施方式
本发明在冷等离子体发生器中采用了如图1，2所示的，通过第三极对工作气体的预电离作用，为射频电极与地电极间形成放电提供种子电子，从而实现在电极间距较大，击穿电压较低的情况下，直接实现氮气、空气、氧气等原大气压下难以直接击穿的气体的直接击穿放电。第三极可以采用悬浮电位也可以接高压电源，均能实现对工作气体预电离的目的。
图1为带有预电离点火装置的平板型等离子体发生器示意图。其中，1为射频电极，2为地电极，3为用于预电离的第三电极，4为隔离第三电极与两平板电极的绝缘材料。
图2为带有预电离点火装置的同轴型等离子体发生器示意图。其中，3为用于预电离的第三电极，4为隔离第三电极与两平板电极的绝缘材料，5为内电极，2为外电极。
本发明将预电离点火装置应用于大气压射频放电冷等离子体发生器，能在大气压下稳定工作，其优点是：
(1)采用射频电源(13.56MHz的K倍，K＝0.5～2.0)在大气压下形成均匀、稳定、高速流动的冷等离子体射流；
(2)可以在较低的击穿电压下实现氮气、空气、氧气等原大气压下难以直接击穿的气体的直接击穿放电；
(3)喷出的射流中含有活性粒子或粒子基团；
(4)直接采用射频电源来激励放电，击穿电压的均方根值在通常为100～1000伏，而工作在千赫兹频率量级的介质阻挡放电的击穿电压均方根值通常都在千伏量级(或更高)。
(5)可以根据需要灵活扩展，方便地实现冷等离子体的大面积应用。
(6)采用的结构便于实际应用。
本发明将预电离点火装置应用于大气压射频放电冷等离子体发生器，可以在较低的击穿电压下实现氮气、空气、氧气等原大气压下难以直接击穿的气体的直接击穿放电。同不采用该种预电离点火装置结构设计的冷等离子体发生器相比，由于采用本发明所提出的预电离点火装置结构后，廉价的氮气、空气、氧气等原大气压下难以直接击穿的气体可以实现直接击穿放电，因此，该项技术的提出将大大地推动冷等离子体技术在等离子体刻蚀、薄膜沉积、生化清洗、消毒灭菌、空气净化、废物处理、疾病治疗、材料表面改性等领域的实际应用，显示其高效、廉价、快速的处理能力。
本发明所提出的预电离点火装置结构设计在原理上还可以用于处于其它频率范围的、其它形式的大气压放电冷等离子体发生器，用以降低冷等离子体发生器工作气体的成本。
Claims (7)
1.基于预电离点火装置结构的大气压放电冷等离子体发生器，其特征在于，所述发生器是平板型大气压放电冷等离子体发生器，含有：
接有射频电源的一对电极，该电极由上、下两块平板构成，在平板中间有支撑用的绝缘体；
预电离点火装置结构，形成于所述上、下两块平板之间，所述结构由金属第三极悬置于两平板之间而成。
2.根据权利要求1所述的基于预电离点火装置结构的大气压放电冷等离子体发生器，其特征在于，所述的金属第三极的电位是悬浮的。
3.根据权利要求1所述的基于预电离点火装置结构的大气压放电冷等离子体发生器，其特征在于，所述的金属第三极至少为一个。
4.根据权利要求1所述的基于预电离点火装置结构的大气压放电冷等离子体发生器，其特征在于，所述的绝缘体呈中空的圆筒形，而金属第三极套接在所述的绝缘体之内。
5.基于预电离点火装置结构的大气压放电冷等离子体发生器，其特征在于，所述发生器是同轴型大气压放电冷等离子体发生器，含有：
内电极，接射频电源；
外电极，套在所述内电极外，在该外电极侧向或轴向开有在大气压下不能稳定放电的气体的进气口；该外电极和所述内电极之间形成一个供放电气用的回转型通道，该通道连接于进气口的进气通道；
预电离点火装置结构，形成于所述内、外电极之间，所述结构由金属第三极悬置于内、外电极之间而成；
绝缘支架，支撑于所述内、外电极之间。
6.根据权利要求5所述的基于预电离点火装置结构的大气压放电冷等离子体发生器，其特征在于，所述的金属第三极电位是悬浮的。
7.根据权利要求5所述的基于预电离点火装置结构的大气压放电冷等离子体发生器，其特征在于，所述的金属第三极至少为一个。
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