CN102497720B - 大气压光纤等离子体刷式装置及其放电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大气压光纤等离子体刷式装置及其放电方法，所述装置包括交流电源、气腔、光纤及对应插入其中的高压电极，以及地电极，本发明利用微孔光纤均匀排列并在其内或其外通气，在大气压条件下放电从而在光纤的放电端产生等离子体，并用其进行材料表面改性以及生物医学中材料、癌细胞、细菌等的处理等。本发明的放电设备成本低，体积小；放电方式简单，无需低压真空环境，能耗低，尤其是放电稳定均匀致密，放电面积可控，放电持续时间无限制。
Description
技术领域
本发明涉及在大气压下利用介质阻挡放电等离子体技术，尤其涉及借助光纤管产生可控面积均匀致密大气压等离子体的装置及方法和应用。
背景技术
近些年来，随着等离子体技术的发展，大气压放电在各个领域得到了广泛应用，但是目前国际上关于借助光纤管在大气压下放电产生可控面积均匀致密等离子体的技术，未见应用和报道。
发明内容
鉴于现有技术的需要，本发明旨在提供一种利用光纤管并在大气压下放电产生大规模均匀致密等离子体的装置及方法，具有结构简单，节能，成本低的优势。
本发明的技术解决方案是这样实现的：
一种大气压光纤等离子体刷式装置，包括：
高压交流电源、气腔、一个以上的微孔光纤及对应的高压电极和一个地电极；
所述高压电极连接高压交流电源，一个高压电极对应插入一个微孔光纤内；
所述微孔光纤均匀平行排布和固定于所述气腔内；所述气腔对应所述微孔光纤的放电端开设有与光纤的外径配合的小孔；
所述微孔光纤有通孔，其放电端通过所述气腔的小孔穿出气腔外；或者，所述微孔光纤是盲孔，其放电端封闭，则放电端在气腔内接近所述气腔小孔；
所述地电极置于所述气腔外，与所述微孔光纤的放电端相对，垂直于所述微孔光纤；
所述电源的为5-15KHz，其峰峰值为6-36KV；
所述高压电极近地电极端与地电极的距离不大于10mm。
进一步的，所述微孔光纤的外径不大于1mm，其内径不小于50μm。
本装置利用微孔光纤在大气压条件下放电产生等离子体，由于微孔光纤均匀平行排布，形似刷子，故名大气压光纤等离子体刷式装置。
本发明同时公开了利用上述装置实现可控面积大气压放电产生等离子体的方法，包括如下步骤：
(1)微孔光纤的布置：根据需要确定光纤的数量和选择光纤种类，将光纤均匀平行排布和固定于所述气腔内，带有通孔的光纤通过所述气腔的小孔穿出气腔外，带有盲孔的光纤，其放电端置于气腔内接近所述气腔小孔；
(2)电源准备：将交流高压电源连接于高压电极上，其频率为5KHz～15KHz，电压峰峰值为6～36KV，地电极接地，所述地电极与高压电极近地电极端的距离不大于10mm；
(3)气源准备：放电前，将放电气体通过气体流量控制器经入气口进入气腔；
(4)大气压条件下放电：通气一段时间后，接通电源，气体从带通孔的光纤内通过在其端口处放电；或者，气体从带盲孔的光纤外表面通过，在其封闭的端部放电；从而产生面积可控的均匀致密的大气压等离子体。
所述放电气体包括氦气、空气、氩气、氧气等一切可电离的气体。
本发明借助光纤管并利用大气压放电产生可控面积均匀致密等离子体，并用其进行材料表面改性以及生物医学中材料、癌细胞、细菌等的处理等。
与现有技术相比，本发明具有其独特的优势：
其放电设备成本低，体积小；放电方式简单，无需低压真空环境，能耗低，尤其是放电稳定均匀致密，放电面积可控，放电持续时间无限制。
附图说明
图1是实施例1的结构示意图；
图2是实施例1处理样品时的照片；
图3是实施例2的结构示意图。图中，
1.地电极 2.等离子体 3.微孔光纤 4.高压电极 5.高压电源 6.放电气体 7.气体质量流量控制器 8.入气口 9.气腔。
具体实施方式
实施例1
大气压光纤等离子体刷式装置，如图1所示，包括高压交流电源5、气腔9、一组微孔光纤3及对应的高压电极4和一个地电极1；
所述高压电极5连接高压交流电源5，一个高压电极5对应插入一个微孔光纤3内；
所述微孔光纤3均匀平行排布和固定于所述气腔9内；所述气腔9对应所述微孔光纤3的放电端开设有与光纤的外径配合的小孔；
所述微孔光纤3有通孔，其外径为1mm，内径为50μm；微孔光纤3的放电端通过所述气腔的小孔穿出气腔9外；微孔光纤3的数量根据待处理材料的面积确定。
所述地电极1置于所述气腔9外，与所述微孔光纤3的放电端相对，垂直于所述微孔光纤3；
所述电源的为5-15KHz，其峰峰值为6-36KV；
所述微孔光纤3的端口处为大气压条件；放电前，将放电气体6通过气体质量流量控制器7由入气口8通入气腔内，大概十几秒左右打开电源放电。将高压电极4连接于交流正弦波高压电源5上，电压的峰峰值达到14KV以上，频率在5KHZ～15KHZ范围内，高压电极与低压电极的距离在0～10mm间调节；气体从带通孔的光纤内通过并在其端口处放电，产生面积可控的均匀致密的大气压等离子体2。根据想要处理状态自行定义处理时间。
所述放电气体包括氦气、空气、氩气、氧气等一切可电离的气体。
采用上述装置用氦气放电处理聚合物表面的照片，如图2所示。
实施例2
另一种大气压光纤等离子体刷式装置，如图3所示，其与实施例1所不同处在于，所述微孔光纤3带有盲孔，即其放电端是封闭的，则微孔光纤3置于所述气腔9内，其放电端在气腔内接近所述气腔小孔；通气一段时间接通电源5，气体从带盲孔的光纤3外表面通过，在其封闭的端部放电；从而产生面积可控的均匀致密的大气压等离子体2。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种大气压光纤等离子体刷式装置，其特征在于包括：
高压交流电源、气腔、一个以上的微孔光纤及对应的高压电极和一个地电极；
所述高压电极连接高压交流电源，一个高压电极对应插入一个微孔光纤内；
所述微孔光纤均匀平行排布和固定于所述气腔内；所述气腔对应所述微孔光纤的放电端开设有与光纤的外径配合的小孔；
所述微孔光纤是盲孔，其放电端封闭，则放电端在气腔内接近所述气腔小孔；
所述地电极置于所述气腔外，与所述微孔光纤的放电端相对，垂直于所述微孔光纤；
所述电源的频率为5-15KHz，其峰峰值为6-36KV；
所述高压电极近地电极端与地电极的距离不大于10mm。
2.如权利要求1所述的大气压光纤等离子体刷式装置，其特征在于：
所述微孔光纤的外径不大于1mm，其内径不小于50μm。
3.一种采用权利要求1所述的装置进行可控面积大气压放电产生等离子体的方法，包括如下步骤：
(1)微孔光纤的布置：
根据需要确定光纤的数量和选择光纤种类；
将光纤均匀平行排布和固定于所述气腔内，其中，
带有盲孔的光纤，其放电端置于气腔内接近所述气腔小孔；
(2)电源准备：
将交流高压电源连接于高压电极上，其频率为5KHz-15KHz，电压峰峰值为6-36KV，地电极接地，所述地电极与高压电极近地电极端的距离不大于10mm；
(3)气源准备：
放电前，将放电气体通过气体流量控制器经入气口进入气腔；
(4)大气压条件下放电：
通气一段时间后，接通电源，气体从带盲孔的光纤外表面通过，在其封闭的端部放电；
从而产生面积可控的均匀致密的大气压等离子体。
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