CN105491774A - 一种基于导电涂层的阵列式微等离子体发生装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于导电涂层的阵列式微等离子体发生装置，包括绝缘外壳、进气管、高压电源以及地电极，所述绝缘外壳为圆筒形结构，绝缘外壳一端封口、另一端开口，在封口端相通连接进气管；在绝缘外壳的中部径向安装一块圆板形均流板，在均流板上均匀开设均流孔；在均流板下方安装介质板A和介质板B，且介质板A和介质板B之间留有空间，在介质板A和介质板B表面上下对应的开设插孔，在两块介质板的每组上下对应的插孔中安插固定绝缘介质管，该绝缘介质管为上下开口的管体结构；在介质板A的上表面设有一层导电涂层A，导电涂层A通过导线与高压电源相接；在介质板B的下表面设有一层导电涂层B，导电涂层B通过导线与地电极相接。本发明具有均匀性好、结构精巧、成本低廉等优点。

Description

一种基于导电涂层的阵列式微等离子体发生装置
技术领域
本发明涉及等离子体放电领域，尤其是一种基于导电涂层的等离子体放电装置。
背景技术
目前，大气压非平衡等离子体放电一直是生物学、医学、农学上消毒杀菌领域的研究热点。其中，阵列式微等离子体放电产生大面积均匀的等离子体更是受到世界专家学者的广泛关注。已知，阵列式微等离子体放电装置的结构以及放电的稳定性等决定了产生等离子体的密度、活性物种的种类、活性物质的浓度等多种因素。但是，现有的阵列式等离子体放电装置普遍存在产生等离子体不均匀、使用效率低、放电要求高，放电结构设计复杂等问题，无法满足人们的需求。
综上所述，现有阵列式等离子体放电装置无法满足对于产生大面积均匀等离子体的需求，需要一种新的阵列式微等离子体放电装置。
发明内容
本发明目的在于提供一种均匀性好、结构精巧、成本低廉、操作简单的基于导电涂层的阵列式微等离子体发生装置。
为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明主要包括绝缘外壳、进气管、高压电源以及地电极，所述绝缘外壳为圆筒形结构，绝缘外壳一端封口、另一端开口，在封口端相通连接进气管；在绝缘外壳的中部径向安装一块圆板形均流板，在均流板上均匀开设均流孔；在均流板下方安装介质板A和介质板B，且介质板A和介质板B之间留有空间，在介质板A和介质板B表面上下对应的开设插孔，在两块介质板的每组上下对应的插孔中安插固定绝缘介质管，该绝缘介质管为上下开口的管体结构；在介质板A的上表面设有一层导电涂层A，导电涂层A通过导线与高压电源相接；在介质板B的下表面设有一层导电涂层B，导电涂层B通过导线与地电极相接。
进一步的，绝缘介质管的底端口处于介质板B的下方，且与绝缘外壳的开口端齐平或处于开口端之内。
进一步的，所述导电涂层A、B为石墨或纳米银薄膜或纳米铝薄膜。
进一步的，所述导电涂层A、B的厚度为300～500微米。
进一步的，所述绝缘介质管由石英或陶瓷或聚四氟乙烯材料制成。
进一步的，所述介质板A、B由有机玻璃或聚四氟乙烯或石英材料制成。
进一步的，所述绝缘介质管的内径为100～300微米。
进一步的，所述高压电源为交流电源，电压峰峰值调节范围为0～20KV，频率调节范围为1～30KHz。
进一步的，所述高压电源为脉冲电源，电压峰峰值调节范围为0～15KV，频率调节范围为1～10KHz。
进一步的，所述均流板上的均流孔按照阵列式规律均匀分布。
工作过程大致如下：
工作气体顺着进气管进入绝缘外壳，通过均流板的均流孔均流作用后通入下方放电区域中。导电涂层B通过导线连接地电极，导电涂层A通过导线与高压电源连通后构成高压供电部分，高压电源提供合适的频率和放电电压，在介质板A和介质板B的区域形成放电区域。当工作气体顺着绝缘介质管流经放电区域时，工作气体被电离从而产生大面积均匀的等离子体，并产生大量活性物质，如OH自由基、激发态氦原子、氧原子、臭氧等。最终，被电离的工作气体带着大量活性物质从绝缘外壳的开口端喷出形成射流，可进行杀菌消毒工作。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、采用在大气压下的介质阻挡放电技术，产生大面积的均匀的低温等离子体射流，放电温度低，面积大，均匀性好。
2、与传统针-环式等离子体放电装置相比，此装置结构更为精妙，安装更为简单，可实现放电电极与绝缘介质管的紧密贴合。
3、具有均流设计，保证工作气体充分均匀传播，提高放电的均匀性。
附图说明
图1为本发明的整体结构剖面图。
图2为本发明的仰视图。
图3为本发明实施例1的实验效果图。
图4为本发明实施例2的实验效果图。
附图标号：1为绝缘外壳、2为进气管、3为高压电源、4为地电极、5为均流板、6为均流孔、7为介质板A、8为介质板B、9为绝缘介质管、10为导电涂层A、11为导电涂层B。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，本发明主要包括绝缘外壳1、进气管2、高压电源3以及地电极4，所述绝缘外壳为圆筒形结构，绝缘外壳一端封口、另一端开口，在封口端相通连接进气管；在绝缘外壳的中部径向安装一块圆板形均流板5，在均流板上均匀开设均流孔6；在均流板下方安装介质板A7和介质板B8，且介质板A和介质板B之间留有空间，在介质板A和介质板B表面上下对应的开设插孔，在两块介质板的每组上下对应的插孔中安插固定绝缘介质管9，该绝缘介质管为上下开口的管体结构；在介质板A的上表面设有一层导电涂层A10，导电涂层A通过导线与高压电源相接；在介质板B的下表面设有一层导电涂层B11，导电涂层B通过导线与地电极相接。
所述导电涂层A、B为石墨或纳米银薄膜或纳米铝薄膜。
所述导电涂层A、B的厚度为300～500微米。
所述绝缘介质管由石英或陶瓷或聚四氟乙烯材料制成。
所述介质板A、B由有机玻璃或聚四氟乙烯或石英材料制成。
所述绝缘介质管的内径为100～300微米。
进一步的，放电气体为氦气或空气或氩气。
所述高压电源为交流电源，电压峰峰值调节范围为0～20KV，频率调节范围为1～30KHz。
所述高压电源为脉冲电源，电压峰峰值调节范围为0～15KV，频率调节范围为1～10KHz。
所述均流板上的均流孔按照阵列式规律均匀分布。
如图2所示，绝缘介质管的底端口处于介质板B的下方，且与绝缘外壳的开口端齐平或处于开口端之内。
实施例1：
导电涂层A、B选用石墨材料，分别作为高压电极和地电极，导电涂层A、B的厚度均为300微米。
选用石英材料制成绝缘介质管，绝缘介质管的长度为20毫米，绝缘介质管内径为100微米、外径为300微米、管壁厚度100微米。选用的绝缘介质管形成8*8共64根的阵列形式，管与管之间距离为1mm。
选用有机玻璃制成介质板A、B，介质板A、B长度均为50毫米，宽度均为50毫米，厚度均为5毫米。
选用氦气作为放电气体，气体流量为2L/min。
选用脉冲电源作为电源，脉冲电源的放电电压为15kV，放电频率为10kHz。
杀菌操作时，将涂有大肠杆菌的培养基放置于装置正下方，施加电压，电压电压峰峰值为15kV，放电频率10kHz。在放电区域将工作气体电离，产生的等离子体由下方喷出并作用于培养基。
如图3所示，是本发明对涂有大肠杆菌的培养基杀菌的一组实验效果图。实验中，放电电压相同，气体流量相同，放电频率相同，处理时间不同。其中，处理时间分别为0s、10s、20s、40s、1min、2min、4min。0s为未处理的样品，通过图3可以明显看出，本发明装置可有效的实现杀菌处理，且可实现快速杀菌消毒，从40s开始杀菌效果即为99.999％。
实施例2：
选用石墨作为导电涂层A、B分别作为高压电极和地电极，导电涂层的厚度为500微米。
选用石英材料制成绝缘介质管，绝缘介质管的长度为17毫米，绝缘介质管内径为300微米、外径为500微米、管壁厚度100微米。选用的绝缘介质管形成10*10共100根的阵列形式，管与管之间距离为1.5mm。
选用有机玻璃制成介质板A、B，介质板A、B的长度均为80毫米、宽度均为80毫米、厚度均为7毫米。
选用空气作为放电气体，气体流量为3L/min。
选用交流电源作为电源，交流电源的放电电压为10kV，放电频率为8kHz。
杀菌操作时，将涂有大肠杆菌的培养基放置于装置正下方，施加电压，电压电压峰峰值为10kV，放电频率10kHz。在放电区域将工作气体电离，产生的等离子体由下方喷出并作用于培养基。其中，处理时间为40s。
如图4所示，是本发明对涂有大肠杆菌的培养基杀菌的一组实验效果图。实验中，放电电压相同，气体流量相同，放电频率不同，处理时间相同。其中，放电频率分别为0kHz、1kHz、3kHz、5kHz、7kHz、9kHz、11kHz、15kHz。0kHz为未处理的样品，通过图4可以明显看出，本发明装置可有效的实现杀菌处理，且放电频率越高，杀菌效果越好。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于导电涂层的阵列式微等离子体发生装置，主要包括绝缘外壳、进气管、高压电源以及地电极，其特征在于：所述绝缘外壳为圆筒形结构，绝缘外壳一端封口、另一端开口，在封口端相通连接进气管；在绝缘外壳的中部径向安装一块圆板形均流板，在均流板上均匀开设均流孔；在均流板下方安装介质板A和介质板B，且介质板A和介质板B之间留有空间，在介质板A和介质板B表面上下对应的开设插孔，在两块介质板的每组上下对应的插孔中安插固定绝缘介质管，该绝缘介质管为上下开口的管体结构；在介质板A的上表面设有一层导电涂层A，导电涂层A通过导线与高压电源相接；在介质板B的下表面设有一层导电涂层B，导电涂层B通过导线与地电极相接。
2.根据权利要求1所述的一种基于导电涂层的阵列式微等离子体发生装置，其特征在于：绝缘介质管的底端口处于介质板B的下方，且与绝缘外壳的开口端齐平或处于开口端之内。
3.根据权利要求1所述的一种基于导电涂层的阵列式微等离子体发生装置，其特征在于：所述导电涂层A、B为石墨或纳米银薄膜或纳米铝薄膜。
4.根据权利要求1所述的一种基于导电涂层的阵列式微等离子体发生装置，其特征在于：所述导电涂层A、B的厚度为300～500微米。
5.根据权利要求1所述的一种基于导电涂层的阵列式微等离子体发生装置，其特征在于：所述绝缘介质管由石英或陶瓷或聚四氟乙烯材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种基于导电涂层的阵列式微等离子体发生装置，其特征在于：所述介质板A、B由有机玻璃或聚四氟乙烯或石英材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种基于导电涂层的阵列式微等离子体发生装置，其特征在于：所述绝缘介质管的内径为100～300微米。
8.根据权利要求1所述的一种基于导电涂层的阵列式微等离子体发生装置，其特征在于：所述高压电源为交流电源，电压峰峰值调节范围为0～20KV，频率调节范围为1～30KHz。
9.根据权利要求1所述的一种基于导电涂层的阵列式微等离子体发生装置，其特征在于：所述高压电源为脉冲电源，电压峰峰值调节范围为0～15KV，频率调节范围为1～10KHz。
10.根据权利要求1所述的一种基于导电涂层的阵列式微等离子体发生装置，其特征在于：所述均流板上的均流孔按照阵列式规律均匀分布。
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