CN104936370B - 大气压低温等离子体射流阵列可调装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大气压低温等离子体射流阵列可调装置，其中：单个等离子体发生器与螺柱套管通过胶结固定；螺柱套管与箱体之间螺纹连接，且螺纹连接处用密封硅脂进行润滑和密封；箱体上端通入工作气体，并通过过滤丝网均匀流入等离子体发生器中；旋拧螺柱套管可以调整螺柱套管相对箱体位置进行上下调节，进而可以带动等离子体发生器进行上下调节；通过旋拧圈数和螺距可以计算出调节距离；通过对单个等离子体发生器的上下位置调节可以实现等离子体射流阵列的多种组合调节，且适用于现有的线性阵列和环形阵列的不同阵列形式。本发明可根据实际要求调节等离子体发生器的上下位置，提高等离子体射流阵列的应用灵活性和加工准确性。

Description

大气压低温等离子体射流阵列可调装置

技术领域

本发明涉及大气压低温等离子体射流加工技术领域，具体地，涉及一种大气压低温等离子体射流阵列可调装置。

背景技术

现有柔性电子技术迅猛发展，柔性电子即是将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性塑料或薄金属基板上的新兴电子技术，以其独特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工艺，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景。然而对于柔性电子器件制备工艺，采用传统的非连续法(即片式制造工艺)不仅费时费力，劳动强度大，而且生产率低下。为避免上述弊端，柔性电子器件制备工艺正朝着连续卷式roll-to-roll法方向发展，因此对于加工技术提出了越来越高的要求。大气压低温等离子体射流是一种新型的等离子体放电技术，它具有运行温度低、可控性好、操作简单等特点，而且不需要复杂的真空系统，因此可以应用于大气压下柔性电子器件加工。然而，对于单个等离子体射流加工效率低下，通过并行方法将多个单个等离子体射流组合形成大气压下等离子体射流阵列能实现并行加工，可以提高工作效率。此外，对于柔性电子器件可能出现的具有三维表面结构，研发可根据实际情况实现单个大气压等离子体射流阵列调节的大气压等离子体射流阵列受到极大的关注。

Z.Cao et al.在“Atmospheric plasma jet array in parallel electric andgas flow fields for three dimensional surface treatment”Applied PhysicsLetters 94,021501(2009)中，描述了一种一维线性等离子射流阵列，该射流阵列采用10根内径为1.5mm的石英玻璃管组成，采用铜带作为功率电极。并用该射流阵列对具有三维表面结构的医用手术器械进行消毒，取得良好的效果。Níall O’Connor et al.在“CooperativeMerging of AtmosphericPressure Plasma Jet Arrays”IEEE TRANSACTIONS ON PLASMASCIENCE,42(3),756-758(2014)中描述了一种二维圆环式等离子射流阵列，该阵列结构采用4根内径为2mm，外径为4mm的石英玻璃管组成，采用氦气为工作气体，研究了该射流阵列的产生射流的稳定性，并用它来加工材料表面。Jae Hyun Kim et al.在“Intense andEnergetic Atmospheric Pressure Plasma Jet Arrays”Plasma Processes andPolymers，9，253–260(2012)中，同样描述了一种二维圆环式等离子体射流阵列，该阵列结构采用7根内径为1mm，外径为2mm的石英玻璃管组成，并用6mm宽铜箔作为电极，产生了稳定的等离子阵列射流。并用产生的射流阵列刻蚀玻璃，给出了该射流阵列装置刻蚀玻璃的可行性。

此外，Jae Hyun Kim等人在另外一篇文献“Intense Plasma Emission FromAtmospheric-Pressure Plasma Jet Array by Jet-to-Jet Coupling”IEEETRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE,39(11),2278-2279(2011)中，描述了一种三维立体式圆环式等离子体射流阵列，该阵列结构采用8根石英玻璃管组成，其中心处为一根玻璃管，内径为2mm，外径为3mm；外周围绕7根玻璃管，内径为1mm，外径为2mm。外周7根玻璃管端口平面在一个平面内，而中心管端口平面相比外周玻璃管端口平面突出1mm，实验表明该阵列结构可以产生许多新的特性，能通过阵列中射流之间的耦合产生高强度的等离子体射流。由以上可以看出，不同的阵列结构会有不同的特性，尤其对于三维立体式的等离子体射流阵列。

而现有等离子体射流阵列，要么只是一维或二维的等离子体射流阵列，不能实现单个等离子体射流调节；要么出现三维的等离子体射流阵列，但是也是固定式的结构，只会产生特定的等离子体阵列射流，不能针对实际情况调节单个等离子体射流，组合成不同结构的三维等离子体射流阵列。从而限制了现有等离子体射流阵列的灵活应用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种大气压低温等离子体射流阵列可调装置，解决了现有等离子体射流阵列中单个等离子体射流位置不可调导致的等离子体射流阵列结构的单一化和应用局限性，能够实现微型化的等离子体射流并行加工和同时放电产生大面积均匀等离子体。

为实现以上目的，本发明提供一种大气压低温等离子体射流阵列可调装置，包括：箱体，气体滤网，螺柱套管，由高压电极、地电极、绝缘介质管组成的等离子体发生器，以及功率电源；

所述箱体的上部设有通气孔，用于通入工作气体；

所述气体滤网设置于箱体内的上部；

所述螺柱套管与箱体的下部连接；

所述等离子体发生器与螺柱套管固定，其中：绝缘介质管胶结于螺柱套管的内部，高压电极和地电极共同连接到功率电源；

所述功率电源供等离子体发生器产生稳定的等离子体射流；

工作气体通过箱体上部的通气孔进入箱体，经气体滤网后均匀流入等离子体发生器中；功率电源通电，等离子体发生器产生稳定的等离子体射流；

旋拧螺柱套管使其相对箱体位置进行上下调节，进而带动胶结于螺柱套管内部的绝缘介质管进行上下调节，从而实现等离子体发生器的上下调节；

增减等离子体发生器的数量和阵列布置形式，实现制备具有不同结构形式的线性阵列或环形阵列；

旋拧不同等离子体发生器上的螺柱套管，能调整不同等离子体发生器实现不同的上下调节距离，组成具有不同高低结构形式的等离子体射流阵列，从而满足不同的加工需求；通过旋拧圈数和螺距计算出调节距离。

优选地，所述螺柱套管外有外螺纹，箱体下部设置有内螺纹孔阵列，且螺柱套管的外螺纹与箱体的内螺纹孔相配合，从而实现螺柱套管与箱体下部螺纹连接。

更优选地，所述螺纹连接处通过密封硅脂实现润滑和密封。

优选地，所述螺柱套管中心设有通孔，且该通孔的直径与绝缘介质管的外径相同。

优选地，所述绝缘介质管是平端口，或尖端口，用于产生等离子体射流。

优选地，所述高压电极连接功率电源的高压端，所述地电极连接功率电源的接地端。

优选地，所述高压电极、地电极与绝缘介质管通过环氧树脂胶粘接。

更优选地，所述高压电极、地电极之间的宽度和间距根据具体要求设定。

更优选地，所述高压电极、地电极均为金属箔片。

优选的，所述功率电源是高压交流电源，或射频电源，或脉冲直流电源。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明解决了现有等离子体射流阵列中单个等离子体射流位置不可调导致的等离子体射流阵列结构的单一化和应用局限性，能实现微型化的等离子体射流并行加工和同时放电产生大面积均匀等离子体。本发明可根据实际要求调节等离子体发生器的上下位置，提高等离子体射流阵列的应用灵活性和加工准确性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例的装置剖面示意图；

图2为图1的A-A剖面示意图；

图3为本发明一实施例气体滤网结构示意图，其中(a)为主视图，(b)为俯视图；

图4为本发明一实施例螺柱套管结构示意图，其中(a)为剖视图，(b)为俯视图；

图5为本发明一实施例的由单个高压电极、地电极和绝缘介质管组成的单个等离子体发生器结构示意图；

图6为本发明一实施例的绝缘介质管结构示意图，其中(a)为剖视图，(b)为俯视图；

图中：箱体1，气体滤网2，螺柱套管3，高压电极4，地电极5，绝缘介质管6，等离子体射流7，功率电源8。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1、2所示，本实施例提供一种大气压低温等离子体射流阵列可调装置，包括：箱体1、气体滤网2、螺柱套管3、高压电极4、地电极5、绝缘介质管6、等离子体射流7和功率电源8，其中：

所述箱体1的上部设有通气孔，用于通入工作气体，如图1中的GAS；

所述气体滤网2设置于箱体1内的上部；

所述螺柱套管3与箱体1的下部螺纹连接；

所述高压电极4、地电极5、绝缘介质管6组成等离子体发生器，绝缘介质管6胶结于螺柱套管3的内部，高压电极4连接功率电源8的高压端，地电极5连接功率电源8的接地端；

所述功率电源8供等离子体发生器产生稳定的等离子体射流7。

作为一优选的实施方式，所述箱体1上部通气孔通入的GAS气体为Ar和O₂混合气体(Ar和O₂体积比为50:1)作为工作气体，混合气体流量为1slm。

作为一优选的实施方式，所述气体滤网2安装在箱体1通气孔和等离子体发生器之间，能使通入的工作气体均匀流入等离子体发生器中，如图1和图3中(a)、(b)所示。

作为一优选的实施方式，所述螺柱套管3外加工有外螺纹，箱体1下部设置有内螺纹孔阵列，螺柱套管3的外螺纹与箱体1的内螺纹孔相配合，从而实现螺柱套管3与箱体1下部螺纹连接。

作为一优选的实施方式，所述螺纹连接处通过密封硅脂实现润滑和密封。

作为一优选的实施方式，所述螺柱套管3中心设有通孔，且该通孔的直径与绝缘介质管6的外径相同,如图4中(a)、(b)所示。

作为一优选的实施方式，所述绝缘介质管6为石英玻璃管，内径为0.5mm，外径为1mm，且端口为平端口,如图6中(a)、(b)所示。

作为一优选的实施方式，所述高压电极4和地电极5采用铜箔，电极宽度均为1cm，电极间距为2cm；高压电极4和地电极5下端距绝缘介质管6端口距离分别为4cm和1cm。

作为一优选的实施方式，单个高压电极4和地电极5与绝缘介质管6通过用环氧树脂胶胶结组成单个等离子射流发生器，如图5所示。

作为一优选的实施方式，所述功率电源8可以是高压交流电源，或射频电源，或脉冲直流电源。

如图1、2所示，利用4个相同的单个等离子体射流发生器通过阵列式结构形成大气压低温等离子体射流线性4阵列。4个单个等离子体射流发生器通过导线将高压电极4和地电极5共同连接到功率电源8。其中，高压电极4连接功率电源8高压端，地电极5连接功率电源8接地端。接通功率电源8并通入Ar和O₂混合气体，可产生等离子体射流7。4个单个等离子体发生器通过用环氧树脂胶与螺柱套杆3胶结固定，使得4个单个等离子体发生器与螺柱套管3能一起上下运动。螺柱套管3与箱体1之间螺纹连接，且螺纹连接处用密封硅脂进行润滑和密封。通过旋拧螺柱套管3可以调整螺柱套管3相对箱体1位置进行上下调节，进而可以带动等离子体发生器进行上下调节，调节方向如图1中的W方向。且通过旋拧圈数和螺距可以计算出调节距离。之后，便可根据实际需要，通过旋拧不同等离子体发生器上的螺柱套管3可以调整不同等离子体发生器实现不同的上下调节距离，组成具有不同高低结构形式的等离子体射流阵列，从而满足不同加工需求。

在其他实施例里，可以通过增减等离子体发生器的数量和阵列布置形式，从而制备具有不同结构形式的线性阵列或环形阵列。

本发明解决了现有等离子体射流阵列中单个等离子体射流位置不可调导致的等离子体射流阵列结构的单一化和应用局限性，能实现微型化的等离子体射流并行加工和同时放电产生大面积均匀等离子体。本发明可根据实际要求调节等离子体发生器的上下位置，提高等离子体射流阵列的应用灵活性和加工准确性。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种大气压低温等离子体射流阵列可调装置，其特征在于，包括：箱体，气体滤网，螺柱套管，由高压电极、地电极、绝缘介质管组成的等离子体发生器，以及功率电源；

所述箱体的上部设有通气孔，用于通入工作气体；

所述气体滤网设置于箱体内的上部；

所述高压电极、地电极与绝缘介质管通过环氧树脂胶粘接；

单个高压电极和地电极与绝缘介质管通过用环氧树脂胶胶结组成单个等离子射流发生器；

所述高压电极置于地电极之上，且均安装于螺柱套管与绝缘介质管下端口之间；

所述螺柱套管与箱体的下部通过螺纹连接；

所述等离子体发生器与螺柱套管固定，其中：绝缘介质管胶结于螺柱套管的内部，高压电极和地电极共同连接到功率电源；

所述功率电源供等离子体发生器产生稳定的等离子体射流；

工作气体通过箱体上部的通气孔进入箱体，经气体滤网后均匀流入等离子体发生器中；功率电源通电，等离子体发生器产生稳定的等离子体射流；

旋拧螺柱套管使其相对箱体位置进行上下调节，进而带动胶结于螺柱套管内部的绝缘介质管进行上下调节，从而实现等离子体发生器的上下调节；

增减等离子体发生器的数量和阵列布置形式，实现制备具有不同结构形式的线性阵列或环形阵列；

旋拧不同等离子体发生器上的螺柱套管，能调整不同等离子体发生器实现不同的上下调节距离，组成具有不同高低结构形式的等离子体射流阵列，从而满足不同的加工需求；通过旋拧圈数和螺距计算出调节距离。

2.根据权利要求1所述的一种大气压低温等离子体射流阵列可调装置，其特征在于，所述螺柱套管外有外螺纹，箱体下部设置有内螺纹孔阵列，且螺柱套管的外螺纹与箱体的内螺纹孔相配合，从而实现螺柱套管与箱体下部螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的一种大气压低温等离子体射流阵列可调装置，其特征在于，所述螺纹连接处通过密封硅脂实现润滑和密封。

4.根据权利要求1所述的一种大气压低温等离子体射流阵列可调装置，其特征在于，所述螺柱套管中心设有通孔，且该通孔的直径与绝缘介质管的外径相同。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种大气压低温等离子体射流阵列可调装置，其特征在于，所述绝缘介质管是平端口，或尖端口，用于产生等离子体射流。

6.根据权利要求1-4任一项所述的一种大气压低温等离子体射流阵列可调装置，其特征在于，所述高压电极连接功率电源的高压端，所述地电极连接功率电源的接地端。

7.根据权利要求6所述的一种大气压低温等离子体射流阵列可调装置，其特征在于，所述高压电极、地电极均为金属箔片。

8.根据权利要求1-4任一项所述的一种大气压低温等离子体射流阵列可调装置，其特征在于，所述功率电源是高压交流电源，或射频电源，或脉冲直流电源。