CN101573467A - 利用介质阻挡放电的等离子体表面处理 - Google Patents

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Abstract

本申请描述了利用在大气压或低真空条件下工作的介质阻挡放电炬在飞行中对粉末进行表面处理的方法。该方法包括：将粉末材料送入介质阻挡放电炬，产生粉末聚集特性降低的粉末粒子；在飞行中对粒子进行表面改性；及收集经涂覆的粉末粒子。本申请还描述了对微米粒子和纳米粒子进行表面处理的设备，该设备包括在大气压或低真空条件下工作的介质阻挡放电炬。

Description

利用介质阻挡放电的等离子体表面处理
技术领域
本发明涉及借助于介质阻挡放电(dielectric barrier discharge)对微米粒子和纳米粒子进行等离子体表面处理。更具体但非排他地，本发明涉及通过在大气压或低真空条件下工作的介质阻挡放电炬(Dielectric Barrier DischargeTorch，DBDT)涂覆微米粒子和纳米粒子的方法。本发明还涉及涂覆微米粒子和纳米粒子的设备，该设备包括在大气压或低真空条件下工作的介质阻挡放电炬。
背景技术
纳米粉末具有与其小尺寸和高比表面积直接相关的独特物理性质。纳米粉末具有固有的聚集倾向，这导致其表观粒度增大。聚集对纳米粉末的功能性如其光学和磁特性以及催化和传导性质具有直接影响。
纳米粉末因其比表面积大而极易发生反应且难于处理。将薄膜或者其它涂覆材料沉积于每个粒子的外表面在不牺牲粒子独特性质的情况下阻止粒子的聚集并为粒子提供稳妥的处理。
涂覆材料即聚合物型或其它类型涂覆材料的选择为粉末的表面特性提供选择性控制。通过对粉末进行表面处理和/或通过适当选择涂覆材料，除了控制其它本征特性之外，还可改变粉末的亲水性。可通过将聚合物薄膜施用于粒子表面，形成稳定的自燃纳米铝粉(在环境温度下容易引燃)。这种涂覆提供在较低温度下稳定的粉末，同时未对粉末在较高温度下的高热量值造成不利影响。
先前采用等离子体表面处理作为表面改性方法，来增强包括聚合物膜在内多种基材的疏水性、亲水性、附着性和耐腐蚀性。此外，等离子体表面处理还广泛用于清洁和蚀刻应用。
已开发出等离子体沉积法和等离子体聚合法，以将薄涂层如聚合物膜施用于各种基材。这些方法大多在相当低的压力(小于100Pa)下工作。
先前已报道了薄膜涂覆，用以改变纳米粉末的表面性质，同时减少纳米粉末的聚集并改善纳米粉末的分散性。He等人报道了使用在低压(30Pa)下工作的RF等离子体炬(27MHz)将聚乙烯膜涂覆于氧化锆(ZrO2)纳米粉末(～130nm)(1)。
Shi等人报道了使用在低压(25Pa)下工作的RF等离子体炬(13.56MHz)将聚吡咯膜涂覆于氧化铝(Al2O3)纳米粒子(～10-150nm)(2)。以10W的放电功率沉积聚吡咯膜。使用保持真空的流化床引入氧化铝纳米粉末(0.16g/min)。Shi等人还报道了采用类似的方法将聚苯乙烯膜沉积于碳纳米管(3)。
Schallehn等人报道了使用在低压(1kPa)下工作的RF等离子体炬(13.56MHz)将厚约1.5nm的乙烷基聚合物层涂覆于氧化铝(Al2O3)纳米粒子(4)。经涂覆的氧化铝(Al2O3)纳米粒子以0.5-1g/h的速度和约40％的产率生成。
Vollath等人报道了在高频(2.45GHz)和低压(1-5kPa)下工作的微波(MW)等离子体炬，来涂覆纳米氧化物粉末如氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钨(WO2，WO3)、氧化铪(HfO2)、氧化锡(SnO，SnO2)和氧化铁(Fe2O3)(5、6)。使用甲基丙烯酸甲酯作为聚合物前体实现膜的涂覆。于等离子体炬的放电出口处引入单体，并使单体在等离子体发出的UV辐射的作用下聚合。
Lik Hang Chau等人报道了银纳米粒子的制备以及使用在高频(2.45GHz)和低压下工作的MW等离子体炬以聚合物层对银纳米粒子的涂覆(7)。该作者还报道了钴纳米粒子的制备以及使用MW等离子体炬以碳化硅层对钴纳米粒子的涂覆(8)。CoCl2和SiCl4/己烷分别是用于制备和涂覆的前体。
Kouprine等人描述了使用在低压(1-5kPa)下工作的电容式等离子体炬(13.6MHz)涂覆尺寸范围为30-80nm的二氧化硅细粉(9)。等离子体放电功率设定为700-1500W，且等离子气体由氩气与甲烷或乙烷的混合物组成。使用流化床引入二氧化硅粉末原料。
Dumitrache等人报道了铁纳米粒子的合成以及使用连续波长CO2激光器通过激光热解铁对纳米粒子进行的碳涂覆，该激光器以120W的功率设定值、10.6微米的波长(λ)和700mbar的压力工作(10)。羰基铁和乙炔分别为用于粉末合成和涂覆的前体。
Ermoline等人报道了铝粒子的合成以及使用在大气压下工作的DC等离子体弧光放电炬(1-50V；30-150A)对铝粒子进行的碳涂覆(11)。据报道，阴极由铜构成，阳极由可消耗的铝棒构成。阳极的烧蚀以脉冲方式进行，以产生经涂覆的纳米铝粒子。使用天然气实现碳涂覆。
Sawada等人报道了在专门设计的等离子体放电炬(15kHz；100kPa；10W)中利用大气压辉光放电(APGD)将等离子体聚合四氟乙烯(TFE)薄膜涂覆于多孔粒状二氧化硅粒子(～150μm)(12)。等离子体原料气体由氦和TFE(1％)组成。据报道，二氧化硅粒子循环经过等离子体区若干次。
Lei等人报道了使用在大气压下工作的DBD炬对铜纳米粒子进行碳涂覆(13)。铜纳米粒子采用自悬浮定向流法(flow levitation method)制备，其中使用高频电磁感应圈加热铜线。随后，通过DBD炬原位对所制备的铜纳米粒子进行碳涂覆，该DBD炬使用氩气、氢气和甲烷并于大气压下工作。
Bretagnol等人研究了低密度聚乙烯(LDPE)粉末在低压RF等离子体中的表面改性，该低压RF等离子体以13.56MHz工作并使用氮气和氨气作为处理气体(19)。粉末在流化床反应器中循环。为了改变粒子的可润湿性，需要大约300秒的停留时间。
如Leroy等人所述对聚乙烯粉末进行了处理(20)。使等离子体放电耦接于流化床反应器并在等离子体的余辉区中处理粉末。处理气体为氧气和氮气的混合物。使用频率为2450MHz的微波等离子体，并于0.1至20mbar的低压下工作。
本发明参考了大量文献，在此引入它们的全部内容作为参考。
发明内容
本发明涉及经表面处理的微米和/或纳米粒子的制备方法。在一种实施方案中，本发明涉及使用在大气压或低真空条件下工作的介质阻挡放电炬制备经表面处理的微米粒子和纳米粒子的方法。在表面处理的典型实施方案中，本发明涉及通过等离子体放电作用改变微米和/或纳米粒子的表面化学性质的方法。在表面处理的更典型实施方案中，本发明涉及通过沉积涂覆材料改变微米和/或纳米粒子的表面化学性质的方法。
在一种实施方案中，本发明涉及经涂覆的微米粒子和纳米粒子的制备方法，其中可有利地控制涂层(即膜)的厚度。涂层的厚度范围通常为小于1纳米至数百纳米。
更具体地，如所概括主张的那样，本发明涉及使用在大气压或低真空条件下工作的介质阻挡放电炬对粉末粒子进行表面处理的方法，该方法包括：(a)将粉末原料送入介质阻挡放电炬；(b)通过等离子体放电作用改变粉末原料的表面化学性质；及(c)收集经表面处理的粒子。
更具体地，如所概括主张的那样，本发明涉及对粉末粒子进行表面处理的方法，该方法包括：(a)将粒状粉末材料送入介质阻挡放电炬组件；(b)在飞行中对介质阻挡放电炬中的粒子进行表面改性，产生经表面处理的粒子；及(c)收集经表面处理的粒子。在本发明的实施方案中，在飞行中改性包括使粒子表面与等离子体放电相作用。在本发明的另一实施方案中，在飞行中改性包括：通过将涂覆材料前体注入介质阻挡放电炬组件而生成涂覆材料；及将涂覆材料沉积于粒子表面而产生经涂覆的粒子。
更具体地，如所概括主张的那样，本发明涉及借助于在大气压或低真空条件下工作的介质阻挡放电炬对粉末粒子进行表面处理的方法，该方法包括：(a)将粉末原料引入介质阻挡放电炬；(b)将至少一种表面处理材料引入介质阻挡放电炬，该材料产生经表面处理的粉末粒子；及(c)收集经表面处理的粒子。
更具体地，如所概括主张的那样，本发明涉及借助于在大气压或低真空条件下工作的介质阻挡放电炬对粉末粒子进行表面处理的方法，该方法包括：(a)将至少一种表面处理材料前体引入介质阻挡放电炬，产生涂覆物质；(b)使涂覆物质与粉末原料接触；及(c)收集经表面处理的粉末粒子。
更具体地，如所概括主张的那样，本发明涉及借助于在大气压或低真空条件下工作的介质阻挡放电炬对粉末粒子进行表面处理的方法，该方法包括：(a)将包含分散粉末和至少一种表面处理材料前体的雾化液体原料引入介质阻挡放电炬；及(c)收集经表面处理的粉末粒子。
在一种实施方案中，本发明涉及包括在大气压或低真空条件下工作的介质阻挡放电炬的设备，该设备用于生产经表面处理的微米粒子和纳米粒子。
在一种实施方案中，本发明涉及在飞行中对粉末粒子进行表面处理的设备，该设备包括：
介质阻挡放电炬，其包括：(i)用于将等离子气体送入所述炬中的第一入口；(ii)用于将粒状粉末材料送入所述炬中的第二入口；及(iii)用于处理粒状粉末材料的放电室，该反应室包括布置于其外表面的电极结构；以及
收集经表面处理的粒子的装置；
其中，通过使形成等离子体的气体经过放电室产生等离子体放电；该等离子体放电促成飞行中对粒子的表面改性。
本发明还涉及经表面处理的微米粒子和纳米粒子。在一种实施方案中，本发明涉及具有有机涂层的微米粒子或纳米粒子。在一种实施方案中，本发明涉及具有无机涂层的微米粒子或纳米粒子。在一种实施方案中，本发明涉及具有金属涂层的微米粒子或纳米粒子。在典型的实施方案中，本发明涉及具有氧化物涂层的微米粒子或纳米粒子。在另一典型的实施方案中，本发明涉及具有氮化物涂层的微米粒子或纳米粒子。在另一典型的实施方案中，本发明涉及具有碳化物涂层的微米粒子或纳米粒子。
本发明还涉及具有通过在大气压或低真空条件下工作的介质阻挡放电炬而形成的涂层的微米粒子和纳米粒子。
本发明还涉及经表面处理的微米粒子和纳米粒子，其中通过在大气压或低真空条件下工作的介质阻挡放电炬实现表面处理。
本发明还涉及在大气压或低真空条件下工作用于对微米和/或纳米粒子进行表面处理的介质阻挡放电炬。在一种实施方案中，本发明涉及在大气压或低真空条件下工作用于改变微米和/或纳米粒子的表面化学性质的介质阻挡放电炬。在一种实施方案中，本发明涉及在大气压或低真空条件下工作用于以有机涂层涂覆微米和/或纳米粒子的介质阻挡放电炬。在一种实施方案中，本发明涉及在大气压或低真空条件下工作用于以无机涂层涂覆微米和/或纳米粒子的介质阻挡放电炬。在一种实施方案中，本发明涉及在大气压或低真空条件下工作用于以金属涂层涂覆微米和/或纳米粒子的介质阻挡放电炬。在一种实施方案中，本发明涉及在大气压或低真空条件下工作用于生产具有氧化表面的微米和/或纳米粒子的介质阻挡放电炬。
最后，在一种实施方案中，本发明涉及介质阻挡放电炬在飞行中对粉末粒子进行表面处理的用途。
通过阅读随后对示例性实施方案的非限制性说明，本发明的前述及其它目的、优点和特征将更加显而易见，所述实施方案仅参照附图以实施例的形式给出。
附图说明
在附图中：
图1(a-j)示出根据本发明对微米粒子和纳米粒子进行表面处理和/或涂覆的各种配置的框图。
图2(a-d)示出根据本发明产生用于对微米粒子和纳米粒子进行表面处理和/或涂覆的介质阻挡放电的各种电极配置：(a)同心电极配置；(b)同轴电极配置；(c)壳电极配置；及(d)多路交错(multiple-staggered)电极配置。
图3示出：(a)根据本发明的实施方案包括同心电极配置处于工作状态的介质阻挡放电炬组件的照片，用以生产具有氧化物层或有机涂层的微米粒子或纳米粒子；(b)根据本发明的介质阻挡放电炬组件的示意性截面正视图；及(c)炬头的示意性截面正视图，示出了中央粉末或表面处理材料前体注入探针以及高压电极和接地电极。
图4示出：(a)根据本发明的实施方案包括多路交错壳电极配置处于工作状态的介质阻挡放电炬组件的照片；(b)根据本发明的实施方案包括水冷式多路交错壳电极配置的介质阻挡放电炬组件的图示；及(c)包括水冷式多路交错壳电极配置的介质阻挡放电炬组件的示意性截面正视图，示出了各注入口和水冷通道。
图5示出根据本发明的实施方案包括多路水冷壳电极的介质阻挡放电炬组件的示意性截面正视图。该组件包括上游区段和下游区段，所述上游区段包括经配置使微米粒子或纳米粒子带电的一对模件，所述下游区段包括经配置对带电微米粒子或纳米粒子进行涂覆的一系列模件。
图6(a-c)示出纳米二氧化硅粒子的粉末透射电子显微镜(TEM)显微照片。
图7(a-c)示出使用本发明实施方案的介质阻挡放电炬组件制备的聚乙烯涂覆纳米二氧化硅粒子的透射电子显微镜(TEM)显微照片，并示出厚约10nm的基本均匀的聚乙烯涂层。
图8(a-b)示出使用本发明实施方案的介质阻挡放电炬组件制备的聚异戊二烯涂覆纳米二氧化硅粒子的透射电子显微镜(TEM)显微照片，并示出厚约5nm的基本均匀的聚异戊二烯涂层。
图9(a-b)示出使用本发明实施方案的介质阻挡放电炬组件制备的聚丁二烯涂覆纳米二氧化硅粒子的透射电子显微镜(TEM)显微照片，并示出厚约5nm的基本均匀的聚丁二烯涂层。
图10(a-c)示出大的铝金属粒子的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。
图11(a-c)示出使用本发明实施方案的介质阻挡放电炬组件制备的具有类二氧化硅(SiOxCyHz)涂层(四乙氧基甲硅烷为涂层前体)的大铝粒子的扫描电子显微镜(SEM)显微照片，并示出基本均匀的类二氧化硅涂层。
图12(a-b)示出纳米铝粒子的场发射电子炬(FEG)显微镜显微照片。
图13(a-b)示出使用本发明实施方案的介质阻挡放电炬组件制备的具有类二氧化硅(SiOxCyHz)涂层(二乙基二甲基硅氧烷为涂层前体)的纳米铝粒子的场发射电子炬(FEG)显微镜显微照片，并示出基本均匀的类二氧化硅涂层。
图14(a-b)示出纳米氧化铝粒子的透射电子显微镜(TEM)显微照片。
图15(a-b)示出使用本发明实施方案的介质阻挡放电炬组件制备的具有类二氧化硅(SiOxCyHz)涂层(二乙基二甲基硅氧烷为涂层前体)的纳米氧化铝粒子的透射电子显微镜(TEM)显微照片，并示出基本均匀的类二氧化硅涂层。
图16(a-c)示出纳米钛酸钡粒子的场发射电子炬(FEG)显微镜显微照片。
图17(a-c)示出使用本发明实施方案的介质阻挡放电炬组件制备的具有氧化镝(Dy2O3)无机涂层的纳米钛酸钡粒子的场发射电子炬(FEG)显微镜显微照片，并示出基本均匀的氧化镝涂层。
图18(a-c)示出磁性大金属粒子的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。
图19(a-c)示出使用本发明实施方案的介质阻挡放电炬组件制备的具有类铁涂层(二茂铁为涂层前体)的磁性大金属粒子的扫描电子显微镜(SEM)显微照片，并示出基本均匀的类铁涂层。
图20示出使用本发明实施方案的介质阻挡放电炬组件制备的具有类钴涂层(二茂钴为涂层前体)的磁性大金属粒子的扫描电子显微镜(SEM)显微照片，并示出基本均匀的类钴涂层。
图21示出钴涂覆的磁性粒子的能量色散谱(EDS)图，示出了钴涂层(蓝色)和磁性粒子(灰色)。
图22(a-b)示出大铝粒子的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。
图23(a-b)示出使用本发明实施方案的介质阻挡放电炬组件制备的具有聚乙炔涂层(乙炔为涂层前体)的大铝粒子的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。
图24示出聚乙炔涂覆的大铝粒子的能量色散谱(EDS)图，示出了铝粒子(红色)和聚乙炔涂层(白绿色)。
图25示出热重分析(TGA)图，图示了高密度聚乙烯涂覆的铝粒子在氩气氛下、从约100℃至约800℃的温度范围内、以10℃/min的速度升温时的质量损失；在550℃以下的质量损失基本相当于涂覆过程中增加的聚合物涂层的量；在更高温度观测到的重量增加相当于氧化物层的累积。
图26示出热重分析(TGA)图，图示了聚乙烯(a)、聚丁二烯(b)和聚异戊二烯(c)涂覆的二氧化硅粒子在空气气氛下、从约100℃至约600℃的温度范围内的质量损失；该质量损失基本相当于涂覆过程中增加的聚合物涂层的量；在更高温度观测到的重量增加相当于氧化物层的累积。
具体实施方式
为了清楚和一致地理解本说明书中使用的术语，下面给出多个定义。而且，除非另外定义，本文使用的所有科技术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员所通常理解的相同的含义。
权利要求书和/或说明书中与术语“包含”一起使用的措词“一个”或“一种”，可以表示“一个或一种”，但也可以与“一个或多个或者一种或多种”、“至少一个或者至少一种”、“一个或一个以上或者一种或一种以上”的含义一致。类似地，措词“另一个或者另一种”可以表示至少两个或更多个或者至少两种或更多种。
如本说明书和权利要求书中所用，措词“包含”(及其任意形式)，“具有”(及其任意形式)，“包括”(及其任意形式)，或者“含有”(及其任意形式)，均为非限制性或者开放式的，并且不排除额外的、未提及的要素或工序。
术语“约”用以表明数值包括测定该数值所采用的器具或方法固有的误差变化。
本说明书中使用的术语“大气压或低真空条件”是指从约5个大气压下至约50Torr的压力。
如本说明书所用，术语“较低的频率”是指1MHz或更小的频率。
如本说明书所用，术语“表面处理”是指粒子表面与气态环境(即等离子体放电)相作用的过程或涂覆材料沉积于粒子表面的过程。涂覆材料通常包含不同于粒子的化学成分。粒子表面与气态环境相作用的过程的非限制性实例包括氧化过程。该过程通常造成氧化物层的形成。粒子表面与气态环境相作用的过程通常引起表面的物理和化学性质发生变化。“表面处理”的效果的非限制性实例包括增加的抗氧化性和/或抗燃烧性(即表面钝化)，改变的亲水性和疏水性，及减小的粉末聚集倾向。
如本说明书所用，术语“金属的”是指所有包含金属的材料。这包括但不限于纯金属、准金属、金属合金以及对本领域技术人员而言显而易见的类似组合。
如本说明书所用，术语“涂层”是指所有类型的涂层。这包括但不限于多孔涂层(例如包含无涂层的空间)和非多孔涂层。在非多孔涂层中，涂层通常以完全连续的方式涂覆于粒子的整个表面，从而毫不暴露粒子的原始表面。在多孔涂层中，粒子的表面至少部分被涂覆。
在本说明书中，术语“基本一致”或者“基本均匀”可交换使用，当用于描述涂层时，表示涂层中几乎没有显著的局部变化。
本发明涉及借助于在大气压或低真空条件下工作的介质阻挡放电炬对粉末粒子进行表面处理的方法。在本发明的实施方案中，粉末粒子包括聚合物微米粒子和纳米粒子、金属微米粒子和纳米粒子、或者它们的组合。在本发明的另一实施方案中，粉末粒子包括金属氧化物微米粒子和纳米粒子。表面处理引起微米粒子和纳米粒子的表面化学性质发生改变，或者产生具有厚度小于约1nm至约50nm的涂层的涂覆粒子。在本发明的实施方案中，涂层包含聚合物材料。在本发明的另一实施方案中，涂层包括金属涂层、氧化物涂层、氮化物涂层或碳化物涂层。其它涂层，不限于类二氧化硅涂层，在本领域中是公知的并且在本领域技术人员的能力范围内。
介质阻挡放电的典型特征在于存在至少一个电介质屏障(即绝缘体)和位于一对电极之间的放电空间。此外，先前描述了介质阻挡放电能够使化学键断裂、激发原子和分子类物质以及产生活性物质如自由基。在本发明的范围内，活性物质的非限制性实例包括处于电子基态或激发态的原子如He、Ar和Ne；处于电子基态或激发态的分子如N2，例如N2、N2 *、N2 +；及分子碎片如CH3、CH2、CH、NH2、和NH。其它活性物质是本领域公知的并且在本领域技术人员的能力范围内。介质阻挡放电可呈现从花纹图案(即射流图案)到规则且表观均匀图案的各种形态(14，15)。
介质阻挡放电炬分为非热(即非平衡体系)等离子体系统或冷等离子体系统。热等离子体具有温度相同的电子和重粒子(即它们彼此处于热平衡)。然而，非热等离子体的典型特征在于包含温度比电子低的离子和中性物质(重粒子)。由于在等离子体中重粒子保持较低的温度，避免了任意不必要的聚合物分解，所以介质阻挡放电炬被描述为适用于聚合和沉积工艺。介质阻挡放电炬较其它常规的热等离子体炬的固有优点在于，非热等离子体状态容易在大气压或接近大气压(即大气压或低真空条件)的情况下建立。在大气压以上或者接近大气压的条件下工作还提供进一步的优点，即无需任何昂贵且难以保持真空的设备，在粉尘环境中工作时尤其如此。
涉及介质阻挡放电技术的工业应用的典型实例包括臭氧发生器和等离子显示板(15-17)。工作频率通常从行频至数GHz，更典型地从1kHz至500kHz。
本发明的介质阻挡放电炬在大气压或低真空条件下工作，并且容易整合到粉末生产工艺中。根据本发明的实施方案，在两个同心圆柱形石英(即熔融二氧化硅、石英玻璃)或陶瓷管(例如图2a)之间的环形空间内引发放电。根据本发明的实施方案，在布置于圆柱形电介质管(例如石英管或陶瓷管)表面的一对同轴套筒电极之间引发放电。根据本发明的另一实施方案，在一对半圆柱形壳电极之间的圆柱形石英或陶瓷管中引发放电。陶瓷管是尤其有效的电介质屏障。根据本发明的另一实施方案，在两个平行的石英(即熔融二氧化硅、石英玻璃)板或陶瓷板之间引发放电。其它放电配置在本领域技术人员的能力范围之内。
根据介质阻挡放电炬组件的具体情况，电极可以是水冷的。水冷电极通常用于生产具有有机涂层的微米粒子或纳米粒子的介质阻挡放电炬组件。水冷电极通常保证良好的放电冷却和试验再现性。
根据本发明的实施方案，外部接地电极通常包括金属板或金属箔、金属丝网或者金属涂料(例如铂)，所述金属涂料涂覆于外石英或陶瓷管(在同轴配置的情况下)的外表面并于至少700℃的温度灼烧。根据本发明的另一实施方案，外部接地电极通常包括金属板或金属箔、金属丝网或者金属涂料(例如铂)，所述金属涂料涂覆于平行透明石英板或陶瓷板(在平行配置的情况下)的外表面并于至少700℃的温度灼烧。使用金属丝网可提供透明性的优点，但有时会在丝网与外石英或陶瓷管(同轴配置的情况下)之间或者丝网与平行板之间引入额外的放电。使用金属涂料(例如铂)可避免这种额外放电并提供更均匀的放电。金属涂料可涂成各种图案，其非限制性实例包括连续图案、螺线图案或者环形图案。其它图案在本领域技术人员的能力范围之内。根据本发明的实施方案，金属涂料为铂涂料。其它的金属涂料，不限于导电涂料如金或银涂料，均是本领域公知的且在本领域技术人员的能力范围内。涂覆一种特定的金属涂料图案或多种图案，可控制粉末的轨迹，还可控制粉末的带电和涂覆。
应认为经过等离子体区的粉末粒子带有符号相同的电荷。粉末粒子因而相互排斥，打碎已存在的聚集体并避免形成新的聚集体。通过打碎和避免聚集体的形成，实现更有效和更均匀的粒子涂覆。经过等离子体区的固体粒子往往带负电，因为电子以比带正电的离子高得多的速度撞击粒子表面。本发明的介质阻挡放电炬包括多个用于引入表面处理材料前体(如单体)的注入口，确保待涂覆的粉末粒子在经历涂覆过程之前具有降低的粉末聚集。
根据本发明的实施方案，介质阻挡放电炬可以连续放电模式工作。根据本发明的另一实施方案，介质阻挡放电炬可以间歇放电模式工作。当以连续放电模式工作时，不间断地向介质阻挡放电炬供电，以维持放电。当以间歇放电模式工作时，周期性(即接通和切断)地向介质阻挡放电炬供电。相继点火之间的时间延迟可短至大约几毫秒，或者作为选择，也可延长至数秒。每个循环的“切断”周期不必与“接通”周期的持续时间相同，可独立地设置为几毫秒，也可延长至数秒。“切断”和“接通”周期可分别且独立地控制。
使本发明的介质阻挡放电炬以间歇放电模式工作通过降低能量载荷而改善了对涂覆过程的控制。相比于以连续放电模式工作，以间歇放电模式工作，能量载荷可降低10倍或更多倍。而且，以间歇放电模式工作时，等离子体发出的UV辐射造成的任意潜在伤害的严重程度较低。
可使用本发明的介质阻挡放电炬沉积各种聚合物涂层(如聚合物膜)。本发明预想到的涂层单体(即表面处理材料前体)的非限制性实例包括乙炔、乙烯、异戊二烯、六甲基二硅氧烷(HMDSO)、四乙氧基硅烷(TEOS)、四乙氧基甲硅烷、二乙基二甲基硅氧烷、1，3-丁二烯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、四氟乙烯(TFE)、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、环己烷、乙炔、乙烯、丙烯、苯、异戊二烯、六甲基二硅氧烷、四乙氧基硅烷、四乙氧基甲硅烷、二乙基二甲基硅氧烷、1，3-丁二烯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、四氟乙烯、吡咯、环己烷、1-己烯、烯丙基胺、乙酰丙酮、环氧乙烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙腈、四氢呋喃、乙酸乙酯、乙酸酐、氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、三乙氧基乙烯基硅烷、1-辛醇、丙烯酸、二茂铁、二茂钴、环辛四烯三羰基铁、(甲基)(环戊二烯基)(二羰基)铁、(二环戊二烯基)(二羰基)铁二聚物、环戊二烯基钴乙酰丙酮合钴、乙酰丙酮合镍、二甲基-(2，4-戊烷-二酮合)金(III)、羰基镍、羰基铁、乙酰丙酮合锡、乙酰丙酮合铟和四甲基己二酮合铟。应当理解的是，在本发明的范围和本领域技术人员的能力范围内，还可使用其它单体。此外，应当理解的是，聚合物涂层的厚度和分子量可变化，且控制聚合物涂层的厚度和分子量的参数在本领域技术人员的能力范围之内。根据本发明的实施方案，涂层为有机涂层。根据本发明的另一实施方案，涂层为无机涂层。无机涂层前体的非限制性实例包括纯金属、氧化物、氮化物、碳化物或其组合。
可使用本发明的介质阻挡放电炬涂覆尺寸范围从纳米级至微米级的各种粒子。聚合物涂层(即聚合物膜)可通过气态、液态或固态前体进行沉积。气态前体的非限制性实例包括乙炔、乙烯和丁二烯。液态前体的非限制性实例包括异戊二烯、异丙醇镝、四乙氧基硅烷(TEOS)、二乙基二甲基硅氧烷(DEDMS)、六甲基二硅氧烷(HMDSO)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和吡咯。用于沉积金属涂层的固态前体的非限制性实例包括二茂铁和二茂钴。
图1(a-j)示出了使用本发明的介质阻挡放电炬制备经表面处理的微米粒子和纳米粒子的各种配置的框图。如图中所概括示出的，该方法包括粉末给料步骤、充电和表面处理步骤、及收集步骤。可使用常规粉末进料器将粉末(即微米和/或纳米粒子)送入介质阻挡放电炬。应当理解的是，还可使用适于将粉末状原料输送至等离子体炬的其它进料装置，且在本领域技术人员的能力范围之内。在本发明的实施方案中，可借助于雾化探针将粉末送入介质阻挡放电炬。在该实施方案中，原料包括含分散粉末的液体。
可通过一个或多个注入口将粉末状原料与形成等离子的气体一起直接送入主放电区(图1a，图1c，图1d及图1e)，或者作为选择，送入下游余辉区(图1i)。在本发明的实施方案中，一个或多个注入口设置在介质阻挡放电炬的中央石英注入管中。在另一的实施方案中，可在中间位置将粉末状原料送入介质阻挡放电炬(图1b，图1f及图1g)，或者作为选择，在前后排列操作的连续介质阻挡放电炬之间将粉末状原料送入介质阻挡放电炬(图1h)。在本发明的再一实施方案中，包含粉末原料的溶液可通过雾化探针送入介质阻挡放电炬(图1j)。包含粉末原料的溶液可任选还包含表面处理材料前体。
在本发明的实施方案中，可将单体或涂覆材料前体与形成等离子体的气体和粉末状原料一起注入主放电区(图1c)。在本发明的另一实施方案中，可将单体或涂覆材料前体与形成等离子体的气体一起注入主放电区(图1i)。在本发明的另一实施方案中，可在中间位置将单体或涂覆材料前体与粉末状原料一起注入介质阻挡放电炬(图1f)。在本发明的另一实施方案中，可独立于粉末状原料在中间位置单独将单体或涂覆材料前体注入介质阻挡放电炬(图1d和图1g)，或者在前后排列工作的连续介质阻挡放电炬之间注入介质阻挡放电炬(图1e和图1h)。
单体或涂覆材料前体可呈气体、蒸气或液体形式。在本发明的实施方案中，在使粉末带电之后在介质阻挡放电炬中进行表面处理过程。在本发明的实施方案中，在下游余辉区中进行表面处理过程(图1i)。经表面处理的粉末最后收集于常规的粉末收集器或者适于收集粉末的任意其它装置。
图2示出了根据本发明形成用于对微米粒子和纳米粒子进行表面处理和/或涂覆的介质阻挡放电的多种电极配置。图2a示出了具有同心电极配置的介质阻挡放电炬10。一对电极被两个同心石英管或陶瓷管16隔开。中央电极12通常与高压电源相连，而外部电极14通常接地。将形成等离子体的气体注入由一对同心圆柱形石英管或陶瓷管16限定的环形区域18。采用同心电极配置产生的等离子体放电通常具有环形形状。图2b示出了具有同轴电极配置的介质阻挡放电炬20。电极对包括圆柱形导体且同轴布置于石英管或陶瓷管26的外表面。电极之一22通常与高压电源相连，而另一电极24通常接地。将形成等离子的气体注入由石英管或陶瓷管26限定的圆柱体28。采用同轴电极配置产生的等离子体放电将充满石英管或陶瓷管26的圆柱体。图2c示出了具有壳型电极配置的介质阻挡放电炬30。壳电极32包括一对半圆柱形电极34和36。在本发明的实施方案中，半圆柱形电极包括布置于石英管或陶瓷管36的外表面的一对金属板。应当理解的是，在本发明的范围内还可使用其它导电电极材料，且在本领域技术人员的能力范围之内。半圆柱形电极之一34通常与高压电源相连，而另一个半圆柱形电极36通常接地。将形成等离子的气体注入由石英管或陶瓷管36限定的圆柱体39。应当理解的是，可将多对半圆柱形电极布置于石英管或陶瓷管36的外表面。图2d示出了具有多壳型电极配置的介质阻挡放电炬40。介质阻挡放电炬40包括两对相互交错配置的壳型电极42和44。在本发明的实施方案中，半圆柱形电极包括布置于石英管或陶瓷管49的外表面的一对金属板。应当理解的是，在本发明的范围内还可使用其它导电电极材料，且在本领域技术人员的能力范围之内。在本发明的实施方案中，半圆柱形电极对42和44彼此交错90°。应当理解的是，在本发明的范围内还可采用其它交错角度，且在本领域技术人员的能力范围之内。半圆柱形电极41和45通常与高压电源相连，而半圆柱形电极43和46通常接地。将形成等离子的气体注入由石英管或陶瓷管49限定的圆柱体48。壳型电极对之间90°的交错角度，可在石英管或陶瓷管的圆柱形腔内提供更均匀的等离子体分布。根据放电的额定功率，图2的电极配置可以是水冷或者气冷的。
图3b是根据本发明的介质阻挡放电炬组件50的示意性截面正视图。组件50包括中心体部分，该中心体部分包括其中设置有至少一个接地电极54和高压电极56的外部石英管52。在高压电极上通常施加频率为约20kHz的高压交流电。在本发明的实施方案中，所施加的电压通常为约5～15kV。图3b的组件通常用于制备具有氧化物层或有机涂层的微米粒子或纳米粒子。在本发明的实施方案中，高压电极56可以是水冷的。环形放电间隙57限定至少一个接地电极54与高压电极56之间的空间。在环形放电间隙(即一个或多个接地电极与高压电极之间的空间)中引起放电。在本发明的实施方案中，放电间隙可由炬体内的一对石英管之间的空间或者平行石英板之间的空间限定。中心注入管58在高压电极56内基本上同轴地延伸。在本发明的实施方案中，中心注入管58可配置成具有可调的长度。介质阻挡放电炬组件50还包括中心注入管58从其中穿过的炬体59，该炬体可操作地固定于石英管52的上端，并且包括多个用于接收等离子气体原料(任选的鞘层气体原料(sheath gas feed))的开口60、进水口和出水口(即在水冷高压电极的情况下)以及接地和高压接头。
任选包括一个或多个切向注入口64的粉末收集室62设置于石英管52的下端，用于接收经表面处理的粉末。在本发明的实施方案中，粉末收集室62同轴地安装于石英管52的下端，基本上位于等离子体放电的出口处。可通过一个或多个切向注入口64注入惰性气体或者活性气体，来控制放电出口处(即紧接粉末收集室62上方的区域)的气氛。
在本发明的实施方案中，介质阻挡放电炬包括可更换的石英管或陶瓷管，以提供不同的放电间隙配置。可形成径向宽度为约1mm至约10mm的放电间隙。更大的放电间隙在本领域技术人员的能力范围之内。放电的长度取决于外部接地电极的长度(同心和壳型配置)。对于同轴配置，放电的长度取决于高压电极、接地电极的长度及其间的间隙。对于多路壳电极配置，放电的长度取决于壳型电极的长度及其间的间隙。在本发明的另一实施方案中，介质阻挡放电炬包括被宽度为约1mm至10mm的间隙隔开的一对平行石英板(即同心配置)。平行板之间更大的间隙宽度在本领域技术人员的能力范围之内。
根据本发明的实施方案，外部接地电极通常包括施加于外部石英管或陶瓷管(例如同轴配置)外表面的金属板或金属箔、金属丝网或金属涂料(例如铂)。金属涂料可涂覆成不同的图案和形状，其非限制性实例包括连续图案、螺线图案或环形图案。
参照图3b，在高压电极56中基本同轴延伸的中心注入管58可具有可调的高度，以使粉末状原料和/或单体注入介质阻挡放电炬的位置可控(即与主气流一起直接注入主放电区、或在某一中间位置注入、或在放电间隙的出口注入)。在本发明的实施方案中，介质阻挡放电炬包括将放电出口与空气隔开的外管52。这种配置允许引入额外的气体，通常是稀有气体。
图3c示出了介质阻挡放电炬70之高压电极的冷却回路的示例性实施方案。在该具体实施方案中，冷却系统完全密封于不锈钢筒71内，该不锈钢筒位于介质阻挡放电炬70的内部石英管72内。进水口和出水口分别以数字74和76表示。高压电极和接地电极分别以数字77和78表示。一对外部同轴石英管以数字79和80表示。中间的石英管79充当电介质。外部石英管80将放电与空气隔离。该冷却配置确保充分冷却高压电极和放电间隙，从而可施加高压电而不会达到典型的高等离子体温度(冷等离子体)。在本发明的实施方案中，冷却系统以水作为冷却液来进行工作。在本发明的另一实施方案中，冷却系统包括以去离子水作为冷却液来进行工作的封闭系统。其它冷却液(即合成油或多元醇)是本领域已知的并且在本领域技术人员的能力范围内。通过以合成油作为高压电极的冷却液，可实现更高的等离子体放电温度。更高的等离子体放电温度允许使用需要较高汽化温度的单体原料(即涂覆材料前体)进行粉末的聚合物涂覆，同时避免单体原料在注入管中冷凝。
图4(a-b)示出了通常经配置用于制备金属和/或金属氧化物微米粒子或纳米粒子上的有机涂层的介质阻挡放电炬组件的示例性实施方案。这种配置还可用于制备无机涂层。该介质阻挡放电炬包括完全密封且布置于双壁石英管内的冷却系统。
图4c是根据本发明实施方案具有水冷多路交错壳电极配置的介质阻挡放电炬组件90的示意性截面正视图。介质阻挡放电炬组件90包括上游模件92，该上游模件包括同心石英管94和96。电极之一与高压电源相连，另一电极接地。经由注入口98将形成等离子的气体引入放电腔。在一对半圆柱形电极之间的石英管96内产生等离子体，所述半圆柱形电极构成第一壳电极并布置在石英管96的表面上。区段100限定分隔上游模件92和下游模件102的间隙。下游模件102包括构造与第一壳电极相同但与第一壳电极交错配置的另一壳电极。等离子体排入位于模件102下游的室104。室104包括用于引入粉末输送气体的注入口106。输送气体确保粒子产物经端口108输送至收集模件。两个模件92和102均设置有水冷通道(未示出)，所述水冷通道布置在同心石英管94和96之间的环形空间中。水经由注入口112引入并经由端口110排出。可通过注入口98将微米和/或纳米粒子与形成等离子体的气体一起送入介质阻挡放电炬组件90。可通过布置在模件92和102之间的端口114将表面处理材料送入介质阻挡放电炬组件90。注入口110允许引入附加的等离子气体或壁鞘层气体(wall sheath gas)。应当理解的是，在不脱离本发明构思和实质的情况下可对介质阻挡放电炬组件90进行改进，这种改进在本领域技术人员的能力范围之内。
图5示出了根据本发明实施方案具有水冷多路交错壳电极配置(五路壳电极模件)的介质阻挡放电炬组件120的示意性截面正视图。介质阻挡放电炬组件120包括上游区段122，该上游区段包括一对壳电极模件124。壳电极128布置于石英管或陶瓷管126的表面。壳电极模件124被聚合物基复合材料130包围，壳电极128嵌入所述复合材料中。壳电极模件124设置有水冷通道(未示出)。水经由注入口132引入并经由端口134排出。注入口136允许在石英管或陶瓷管126内壁的内周边引入鞘层气体。通过注入口138将形成等离子体的气体引入放电腔。可通过注入口138将微米和/或纳米粒子与形成等离子体的气体一起送入介质阻挡放电炬组件120。介质阻挡放电炬组件120还包括下游区段140，该下游区段包括构造与第一对壳电极模件124相同但与第一对壳电极模件124交错配置的三组壳电极模件142。壳电极142布置于石英管或陶瓷管126的表面并设置有水冷通道(未示出)。水通过注入口144引入并通过端口146排出。注入口148允许在石英管或陶瓷管126内壁的内周边引入另外的鞘层气体。等离子体放电通过出口150进入收集模件(未示出)。采用多路壳电极模件配置可提供工艺灵活性，因为可根据工艺要求增加或减少模件的数目。在本发明的实施方案中，上游区段122可专门用于使待进行表面处理的微米和/或纳米粒子带电，而下游区段140可专门用于进行表面处理。加热管可布置在区段122的上游位置以控制粉末温度，因为热量是粒子充电的调控参数。在本发明的另一实施方案中，上游区段122和下游区段140二者均可用于微米和/或纳米粒子原料的表面处理。后一实施方案允许增加粒子进料与等离子体放电的接触次数。
实施例
以下提供若干实施例，用于说明本发明的介质阻挡放电炬在对微米和/或纳米粒子进行等离子体表面处理时的效率。
电源
在一种实施方案中，本发明的介质阻挡放电炬使用的电源为3DTSOFTAL的电晕发生器(Polydyene 1电晕发生器)。该电源的主要特性总结于以下表1中。
表1：电源特性
  功率(W)   500(最大值)
  电压(kV)   15
  高压调整(kV)   5-15
  频率(kHz)   ～20-25
  间歇模式处理时间(s)   0.2-25
工作条件
本发明的介质阻挡放电炬的工作条件可根据粉末性质、所需表面处理、所需涂层和表面处理材料(即单体)而改变。控制表面处理材料的停留时间是控制所施涂膜厚所必不可少的。代表性的工作条件总结于以下表2中。
表2：工作参数
Figure A20078003660200221
*粉末的驻留时间为约1秒。
使用Tekronix数字显示器(TEK TDS 1002-TDS2MEM)和Tekronix高压探针(75MHz，40kV)监测电压和电流。对电流进行积分，以显示电压充电的利萨如图形(Lissajous figure)，接着利用该利萨如图形确定放电功率(15-18)。放电的代表性电学特性总结于以下表3中。
表3：放电特性
  样品#   功率(W)   放电间隙中的气体温度(Tg(℃))
  060310-02   80   225
  060315-01   139   360
金属和金属氧化物粉末的涂覆结果
提供了经涂覆粉末的扫描电子显微镜(SEM)显微照片(图10，11，18-20，22及23)。还提供了经涂覆粉末的物理特性如粉末的比表面积(利用“BraunerEmmett Teller”(BET)法测量)。针对涂覆过程中粉末表面增加的碳量，将X-射线光电子能谱(XPS)的结果制表。该分析方法为存在的元素的浓度(％)提供准确的定量分析(原子组成)。而且，示出了能量色散谱(EDS)谱图结果，提供了有关涂层在粉末表面的位置的信息(图21和24)。最后，示出热重分析(TGA)结果，针对沉积在粉末上的涂层(即聚合物)的量提供定量信息(图25和26)。
对于二氧化硅纳米粉，测试了涂覆前后的比表面积(BET)，结果示于以下表4。比表面积的显著变化明确地表明，在涂覆过程中发生了显著的解聚集。
表4：二氧化硅和经涂覆二氧化硅纳米粒子的比表面积结果
  样品#   BET(m2/g)
  原始二氧化硅纳米粉末   120.9
  060613-01   227.3
  060613-02   175.1
  060613-03   170.5
以下表5和6中列出了铝粉在涂覆前后的X-射线光电子能谱(XPS)结果。结合能Eb取决于电子迁移的原子周围的氧化态和化学键。仅探测到在近表面(深度至多
Figure A20078003660200231
或更小)产生的电子。碳原子的慢扫描提供了有关其结合类型的信息。
表5：氧化铝和经涂覆氧化铝粉末的XPS结果
Figure A20078003660200232
表6：有关碳原子结合类型的XPS结果
  光峰   峰位(eV)   说明
  Cls   285   C-H /C-C
  Cls   286.3-286.7   C-O
  Cls   287.8-288.2   C＝O
就铝粉而言，TGA分析说明质量损失不超过0.5％，这表明薄膜的存在。在约300℃时少量高密度聚乙烯涂覆的铝粉的局部热裂解导致连续失重。在约370至约500℃时失重对应于高密度聚乙烯链完全热解。在更高温度时观测到的增重指示铝粉的氧化。图25中示出了高密度聚乙烯涂覆的铝粉的典型TGA曲线图。
应当理解的是本发明的应用并不限于上文所述的具体构造和部件。本发明可具有其它实施方案并且可以不同的方式实施。此外，应当理解的是本文所用措词或术语是说明性的而非限制性的。因此，尽管通过示例性实施方案对本发明进行了如上说明，但在不脱离如所附权利要求所限定的本发明构思、范围和实质的情况下，可对本发明进行改进。
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Claims (26)

1.一种对粉末粒子进行表面处理的方法，包括：
a)将粒状粉末材料送入介质阻挡放电炬组件；
b)在飞行中对所述介质阻挡放电炬中的粒子进行表面改性，产生经表面处理的粒子；及
c)收集所述经表面处理的粒子。
2.权利要求1的方法，其中(b)包括使粒子表面与等离子体放电相作用。
3.权利要求1的方法，其中(b)包括：通过将涂覆材料前体注入所述介质阻挡放电炬组件而生成涂覆材料；以及将所述涂覆材料沉积于粒子表面而产生经涂覆的粒子。
4.权利要求2或3的方法，其中所述介质阻挡放电炬组件在大气压或低真空条件下工作。
5.权利要求4的方法，其中粉末粒子选自：微米粒子、纳米粒子及其混合物。
6.权利要求5的方法，其中粉末粒子选自：聚合物粒子、金属粒子、金属氧化物粒子及其混合物。
7.权利要求3的方法，其中经涂覆的粒子具有选自下列的涂层：聚合物涂层、有机物涂层、无机物涂层、金属涂层、氧化物涂层、氮化物涂层和碳化物涂层。
8.权利要求3的方法，其中所述涂覆材料前体包括经受等离子聚合的单体。
9.权利要求8的方法，其中所述单体选自：乙炔、乙烯、异戊二烯、六甲基二硅氧烷、四乙氧基硅烷、四乙氧基甲硅烷、二乙基二甲基硅氧烷、1，3-丁二烯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、四氟乙烯、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、环己烷、乙炔、乙烯、丙烯、苯、异戊二烯、六甲基二硅氧烷、四乙氧基硅烷、四乙氧基甲硅烷、二乙基二甲基硅氧烷、1，3-丁二烯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、四氟乙烯、吡咯、环己烷、1-己烯、烯丙基胺、乙酰丙酮、环氧乙烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙腈、四氢呋喃、乙酸乙酯、乙酸酐、氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、三乙氧基乙烯基硅烷、1-辛醇、丙烯酸、二茂铁、二茂钴、环辛四烯三羰基铁、(甲基)(环戊二烯基)(二羰基)铁、(二环戊二烯基)(二羰基)铁二聚物、环戊二烯基钴乙酰丙酮合钴、乙酰丙酮合镍、二甲基-(2，4-戊烷-二酮合)金(III)、羰基镍、羰基铁、乙酰丙酮合锡、乙酰丙酮合铟和四甲基己二酮合铟。
10.一种在飞行中对粉末粒子进行表面处理的设备，该设备包括：
-介质阻挡放电炬，其包括：
·用于将等离子气体送入所述炬中的第一入口；
·用于将粒状粉末材料送入所述炬中的第二入口；和
·用于处理所述粒状粉末材料的放电室，该反应室包括布置于其外表面上的电极结构；以及
-收集经表面处理的粒子的装置；
其中，通过使形成等离子体的气体经过所述放电室产生等离子体放电；所述等离子体放电促成在飞行中对粒子的表面改性。
11.权利要求10的设备，其中所述表面处理包括使粒子表面与等离子体放电相作用。
12.权利要求10的设备，还包括：
用于将涂覆材料前体送入所述介质阻挡放电炬的装置；和
用于使所述涂覆材料前体反应以提供涂覆材料并使所述粒子被涂覆的装置。
13.权利要求11或12的设备，其中所述介质阻挡放电炬在大气压或低真空条件下工作。
14.权利要求10的设备，其中粉末粒子选自：微米粒子、纳米粒子及其混合物。
15.权利要求13的设备，其中所述电极结构包括壳电极。
16.权利要求13的设备，其中所述电极结构包括至少两个壳电极，所述壳电极以相互交错的构形布置。
17.权利要求13的设备，其中所述电极结构包括至少两个壳电极，所述壳电极相互直列布置。
18.权利要求13的设备，其中所述电极结构包括同心电极。
19.权利要求13的设备，其中所述放电室包括电介质管。
20.权利要求18的设备，其中所述电介质管包括石英管。
21.权利要求18的设备，其中所述电介质管包括陶瓷管。
22.权利要求13、14或15的设备，其中所述电极结构包括选自下列的材料：金属板、金属箔、金属丝网和金属涂料。
23.权利要求10的设备，其中所述第一入口和所述第二入口是共同的入口。
24.权利要求10的设备，其中所述第一入口和所述第二入口限定不同的给料。
25.权利要求10中限定的介质阻挡放电炬组件在飞行中对粉末粒子进行表面处理的用途。
26.一种经表面处理的粒子，所述粒子通过权利要求10中限定的介质阻挡放电炬组件制备。
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