CN103458601A - 一种等离子体发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等离子体发生装置，包括电源、反应腔，反应腔包括框架，框架具有下水平板、中间水平板和上水平板，上水平板与中间水平板之间设置有高压腔，中间水平板与下水平板之间设置有气体腔，下水平板上阵列设置有多个通孔，中间水平板上固定连接有钨针，钨针悬空设置于通孔内，钨针穿透中间水平板设置，中间水平板的上表面密压设置有铝箔纸，钨针与铝箔纸电连接，铝箔纸与高压腔电连接；气体腔的两端设置有进料管道，气体腔通过进料管道连通有质量流量控制器，框架的下方设置有接地电极；该装置还包括示波器、高压探头和电源探头，示波器通过高压探头与电源电连接，电源与高压腔电连接，示波器还通过电源探头与所述接地电极电连接。

Description

一种等离子体发生装置

技术领域

本发明涉及在大气压条件下，利用多层石英板中内嵌钨针电极通过注入反应气体（空气）产生大面积阵列式微等离子体的生产设备，尤其涉及一种应用于清洗材料表面的阵列式等离子体发生装置。

背景技术

目前，很多材料表面的性能有很大的缺陷，不能满足现实生活中的需求，从大的行业角度来讲包括电子、汽车、朔料、医疗、轻纺等与我们密切相关的领域。然而我们尝试用不同的方法来处理其表面，使其达到一定的性能指标，这种技术我们也可称之为表面清洗技术，材料表面清洗有很多方法，有化学方法、有物理方法，传统的清洗方法大多为化学清洗，比如常用的清洗液，但是清洗液的化学试剂对要清洗的材料表面工艺有很大影响，而且清洗液大多数是酸或碱性溶液，产生环境污染，不利于环保，因此传统的清洗方法已不能满足现今社会的需要。随着科技的发展，等离子体清洗技术已逐步深入到各行各业中，等离子体清洗是不分处理对象、基材类型均可进行处理，并可实现整体和局部以及复杂结构的清洗，具有良好的均匀性和重复性。但是现有等离子体清洗设备，大多为射频或微波等离子体清洗设备，这些设备不仅体型庞大成本高，而且耗能高，有的还需要复杂的真空系统，它更适合于实验室研究等，不能满足现代化市场的迅速需求。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种等离子体发生装置，包括电源，还包括反应腔，所述反应腔包括框架，所述框架的底部固定连接有下水平板，所述框架的中部固定连接有中间水平板，所述框架的顶部固定连接有上水平板，所述上水平板与中间水平板之间设置有高压腔，所述中间水平板与下水平板之间设置有气体腔，所述下水平板上阵列设置有多个通孔，所述中间水平板上固定连接有与所述通孔位置一一对应的钨针，所述钨针悬空设置于通孔内，所述钨针穿透中间水平板设置，所述中间水平板的上表面密压设置有铝箔纸，所述钨针与铝箔纸电连接，所述铝箔纸与高压腔电连接；所述气体腔的两端设置有进料管道，所述气体腔通过进料管道连通有质量流量控制器，所述框架的下方设置有接地电极；

该等离子体发生装置还包括示波器、高压探头和电源探头，所述示波器通过高压探头与电源电连接，所述电源与高压腔电连接，所述示波器还通过电源探头与所述接地电极电连接。

所述接地电极由石英板和铜板构成，所述石英板固定连接在铜板的上方。

工作状态下，所述反应腔的下水平板距预处理材料表面的距离在1mm范围内。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种等离子体发生装置，可对任意想要处理的材料表面进行清洗，处理前后表面功能化效果明显，该装置在结构设置上采用铝箔纸密压的结构与高压腔电连接，使通入的空气在该装置内产生等离子体，该等离子体发生装置具有体积小、耗能低、可实现大气压操作、无需复杂的真空环境、以空气为载气、成本低、经济实惠、操作简单、容易用手直接操作等优点。与现有技术的等离子体发生装置相比，本装置可以直接将空气通入到反应腔内经过该装置的处理产生等离子体。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图2为实施例中玻璃未经本装置清洗前的水接触角的示意图。

图3为实施例中玻璃经本装置清洗后的水接触角的示意图。

图中：1.反应腔；2.电源；3.质量流量控制器；4.接地电极；5.示波器；6.高压探头；7.电源探头；8.高压腔；9.气体腔；10.框架；11.上水平板；12.中间水平板；13.下水平板；14.通孔；15钨针；16.石英板；17.铜板；18.进料管道；19.铝箔纸。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1所示：该等离子体发生装置包括电源2和反应腔1，反应腔1具有框架10，框架10的底部固定连接有下水平板13，框架10的中部固定连接有中间水平板12，框架10的顶部固定连接有上水平板11，上水平板11与中间水平板12之间的空间设置成高压腔8，中间水平板12与下水平板13之间的空间设置成气体腔9。气体腔9的两端设置有进料管道18，气体腔9通过进料管道18连通有质量流量控制器3。

在下水平板13上阵列设置有多个通孔14，在中间水平板12上固定连接有与所述通孔14位置一一对应的钨针15，钨针15悬空设置于通孔14内，钨针15穿透中间水平板12设置，并且钨针15穿过中间水平板12后高出水平板12一段距离，在中间水平板12的上表面密压设置有铝箔纸19，钨针15与铝箔纸19电连接，这样使铝箔纸19与高压腔8电连接。在下水平板13的下方设置有接地电极4；

该等离子体发生装置还包括示波器5、高压探头6和电源探头7，示波器5通过高压探头6与电源2电连接，所述电源2与高压腔8电连接，所述示波器5还通过电源探头7与所述接地电极4电连接。

进一步的，接地电极4由石英板16和铜板17构成，石英板16固定连接在铜板17的上方。

进一步的，工作状态下，反应腔1的下水平板13距预处理材料表面的距离在1mm范围内。

实施例：

如图1所示：该等离子体发生装置的框架10采用聚四氟框架，上水平板11、中间水平板12和下水平板13采用石英材料，钨针直径设置为1.5mm，并且通孔14直径比钨针15大0.5mm。将质量流量控制器3与气体腔9相连通，将空气通过质量流量控制器3来调节流量，并充分注入反应腔1的气体腔9内。工作状态下：电源2为正弦交流电源，电压可调范围0-50kV，频率可调范围0-20kHz。反应腔1的下水平板13距预处理材料表面的距离在1mm范围内。在应用电压峰-峰值为16kV-35kV，频率低于15kHz时，就会在下水平板13与接地电极4之间在大气压条件下产生均匀稳定的大面积的阵列式微等离子体。在实际应用时，下水平板13与接地电极4之间的距离根据实际要求根据处理的材料决定，利用所产生的等离子体对玻璃表面进行清洗处理10s以上，其水接触角由50度减小到几乎接近于零度，如图2所示，玻璃未经本装置清洗前的水接触角的示意图，但是经过本装置清洗后的玻璃如图3所示，使玻璃的表面亲水性大大增强，通过水接触角分析仪分析接触角由50度降低到几乎接近零度。在清洗处理材料表面的同时，利用示波器5连接高压探头6和电流探头7，对大面积阵列式微等离子体放电状态进行实时监控，当空气进入反应腔1内，接通电源2后，在电压达到阈值范围，由于在高压电极钨针15和接地电极4之间电场的作用下会产生空气等离子体放电，进而在高低压之间形成放电通道，构成闭合回路，示波器5对电压电流进行实时检测。而且在实际操作中利用扫描电子显微镜、原子力显微镜等对处理后的材料表面效果进行表征。

本发明公开的等离子体发生装置利用示波器5、高压探头6和电源探头7与反应腔1相配合使用，使空气通过质量流量控制器3控制流量注入至反应腔1内产生等离气体对材料的表面进行清洗。该装置放电方式简单，无需复杂的真空设备，设备成本低，体积小，能量消耗低。

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揭露的技术范围内，根据本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)

1.一种等离子体发生装置，包括电源（2），其特征在于：还包括反应腔（1），所述反应腔（1）包括框架（10），所述框架（10）的底部固定连接有下水平板（13），所述框架（10）的中部固定连接有中间水平板（12），所述框架（10）的顶部固定连接有上水平板（11），所述上水平板（11）与中间水平板（12）之间设置有高压腔（8），所述中间水平板（12）与下水平板（13）之间设置有气体腔（9），所述下水平板（13）上阵列设置有多个通孔（14），所述中间水平板（12）上固定连接有与所述通孔（14）位置一一对应的钨针（15），所述钨针（15）悬空设置于通孔（14）内，所述钨针（15）穿透中间水平板（12）设置，所述中间水平板（12）的上表面密压设置有铝箔纸（19），所述钨针（15）与铝箔纸（19）电连接，所述铝箔纸（19）与高压腔（8）电连接；所述气体腔（9）的两端设置有进料管道（18），所述气体腔（9）通过进料管道（18）连通有质量流量控制器（3），所述框架（10）的下方设置有接地电极（4）；

该等离子体发生装置还包括示波器（5）、高压探头（6）和电源探头（7），所述示波器（5）通过高压探头（6）与电源（2）电连接，所述电源（2）与高压腔（8）电连接，所述示波器（5）还通过电源探头（7）与所述接地电极（4）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种等离子体发生装置，其特征还在于：所述接地电极（4）由石英板（16）和铜板（17）构成，所述石英板（16）固定连接在铜板（17）的上方。

3.根据权利要求1所述的一种等离子体发生装置，其特征还在于：工作状态下，所述反应腔（1）的下水平板（13）距预处理材料表面的距离在1mm范围内。

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