CN107211520A - 包括多孔电介质的等离子体发生源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开电介质阻挡等离子体(DBD：Dielectric Barrier Discharge)的两个电极之间的等离子体发生区域内含有浸渍液体的多孔电介质以抑制臭氧及氮氧化物的发生，促进羟自由基的生成的等离子体发生源。

Description

包括多孔电介质的等离子体发生源
技术领域
本发明涉及电介质阻挡等离子体(DBD：Dielectric Barrier Discharge)的两个电极之间的等离子体发生区域内含有浸渍液体的多孔电介质以抑制臭氧及氮氧化物的发生，促进羟自由基的生成的等离子体发生源。
背景技术
现有的利用等离子体发生源的负离子发生器是利用非对称电极的电晕放电方式。利用非对称电极的电晕放电方式是向与板形电极相隔的针或线电极施加电压使得发生电晕放电的方式。这是利用阻抗非常高的高电压电源装置向非对称电极施加高电压的情况下发生强度极弱的电晕等离子体的方式，当有电磁场的空间存在非常薄的线或针状的金属电极的情况下电磁场集中于尖锐的部分，因此用少量电压也能够轻易地引起气体的绝缘击穿(发生等离子体)。随着在尖端发生的等离子体向相对电极扩张，电磁场的强度急剧减弱，因此能够限制转移为源于从电极表面的过度的电流通道(current channel)开始的热电子发射的火花(spark)或弧放电，电磁场向电极周边的所有方向减弱，因此向电极周边呈现放射状的放电形状。
而电极之间有液体薄雾或灰尘灯的情况下能够发生火花、弧放电，电极的表面腐蚀或堆积灰尘等的情况下长时间使用时性能下降。并且，由于等离子体发生体积小且弱，因此负离子发生效率较低。并且，能够发生大量臭氧及氮氧化物(NOx)，因此具有发出异味、对人体有害的问题。并且，长时间使用的情况下具有电极腐蚀的问题，由于杀菌所需的负离子及活性化学物质的杀灭时间短，因此具有无法适用于大空间的问题。
为解决这种利用非对称电极的电晕放电方式的问题而利用电介质阻挡等离子体(DBD：Dielectric Barrier Discharge)方式。即，向两个金属电极之间插入一个以上的电介质以发生均匀体积的等离子体用作灭菌剂。
向两个金属电极之间插入一个以上电介质的形态可以是平板型、圆筒形等结构，向两个电极之间施加电磁场使电极之间空间的气体发生绝缘击穿(发生等离子体)。
通常，不是高频(RF，MicroWave)的情况下金属间的空间发生气体绝缘击穿的情况下，首先生成像流光(streamer)之类的电流密度弱的等离子体通道，之后电磁场继续保持预定时间以上的情况下，和等离子体通道接触的金属电极的表面发生热，因此金属表面发射大量的热电子，最终转移为火花、弧放电(离等离子体体积小，电极损坏)。DBD放电的特征在于向金属电极之间插入非导体即电介质控制形成具有如上过度的电流密度的等离子体通道，以限制火花及弧放电转移。然而，该方式也能够发生大量臭氧及氮氧化物(NOx)，因此具有发出异味且对人体有害的问题。同样，杀菌所需的负离子及活性化学物质的杀灭时间短，因此具有无法适用于大空间，杀菌效果受大气相对湿度的影响大的问题。
发明内容
技术问题
本发明涉及一种电介质阻挡等离子体(DBD：Dielectric Barrier Disc harge)的两个电极之间的等离子体发生区域内含有浸渍液体的多孔电介质以抑制臭氧及氮氧化物的发生，促进羟自由基的生成的等离子体发生源。
技术方案
本发明涉及含有浸渍液体的多孔电介质的电介质阻挡等离子体，根据一个方面，本发明提供用于空气净化用负离子发生器的等离子体发生源，包括板形的第一电极；与所述第一电极相隔且相对的板形的第二电极；所述两个电极之间的多孔电介质；及向所述所述两个电极施加交流电压的电压施加部件，其中，所述多孔电介质浸渍有液体，通过所述电压施加部件向所述两个电极施加电压使得所述两个电极之间发生等离子体，所述多孔电介质位于所述等离子体的发生区域。
本发明包括位于所述第一电极及所述第二电极中一个以上的一面的介电层。
本发明的等离子体发生源包括装有液体的液体供应部，所述多孔电介质的一个末端浸渍于所述液体供应部向所述多孔电介质供应液体，包括多孔电介质。
所述多孔电介质配置成其长轴和相对的所述两个电极垂直，所述多孔电介质的一端可以配置成与所述介电层的面相接，或者，所述多孔电介质的一端可以与所述介电层的面相隔。
根据另一方面，本发明提供一种包括多孔电介质的等离子体发生源，包括：介电层、位于所述介电层的一面的板形的第一电极及位于所述绝缘层的另一面的第二电极，所述第二电极为条形状且相隔地并列排列，或具有点形状且彼此相隔地排列成矩阵，多孔电介质位于所述第二电极之间，通过所述电压施加部件向所述两个电极施加电压使得所述两个电极之间发生等离子体，所述多孔电介质位于所述等离子体发生区域。
本发明的等离子体发生源包括装有液体的液体供应部，所述多孔电介质的一个末端浸渍于所述液体供应部，包括向所述多孔电介质供应液体的多孔电介质。
根据又一方面，提供一种包括多孔电介质的等离子体发生源，包括：板形的第一电极层、位于所述第一电极层的一面侧且与所述第一电极层相隔及平行的第二电极层、位于所述第一电极层的另一面侧且与所述第一电极层相隔及平行的第三电极层及位于所述第一电极层与所述第二电极层之间的空间及所述第一电极层与所述第三电极层之间的空间的多孔电介质，通过所述电压施加部件向第一电极层与第二电极层及第三电极层与第二电极层施加电压使得电极之间发生等离子体。
根据又一方面，提供一种包括多孔电介质的等离子体发生源，包括圆筒形的第一电极层、与所述第一电极层的内面相隔且位于第一电极层的内部中心的条形的第二电极及位于所述第一电极层与所述第二电极的相隔空间的圆筒形的多孔电介质，通过所述电压施加部件向第一电极层与第二电极施加电压使得电极之间发生等离子体，所述多孔电介质位于所述等离子体发生区域。
本发明的等离子体发生源包括装有液体的液体供应部，所述多孔电介质的一个末端浸渍于所述液体供应部，包括向所述多孔电介质供应液体的多孔电介质。
具有所述液体包括过氧化氢的多孔电介质。
根据又一方面，本发明提供包括所述等离子体发生源的负离子发生器。
技术效果
本发明的等离子体发生源是基于在多孔性或纤维状的电介质吸收液体并利用水和电介质的高合成介电常数在电场中电介质周边形成高电磁场的等离子体发生源，发生负离子方面空气中的水分含量起到很大影响，天气干燥的情况下具有负离子发生效果下降的问题，而本发明向电极供应水分，等离子体和液体或蒸汽状态的水直接反应，因此能够最大化负离子发生效率。尤其，放电过程中发生的臭氧或氮氧化物直接排出的情况下在室内空间长时间滞留而影响人体健康，而上述技术的情况下发生的臭氧、氮氧化物能够被电极的水吸收或和在电极发生的蒸汽结合变成OH自由基。由于金属电极不暴露在放电空间，因此不会转移成火花、弧放电，无需担心金属腐蚀或溅射产生金属异物排到空气中。
附图说明
图1为含有浸渍液体的多孔电介质的电介质阻挡等离子体发生源的简要示意图；
图2为例示本发明的等离子体发生源发生大量的OH自由基的简要示意图；
图3至图8为本发明的其他实施例，是含有浸渍液体的多孔电介质的介质阻挡等离子体发生源的简要示意图；
图9为例示应用于被沉积装置的本发明的等离子体发生源的简要示意图。
具体实施方式
以下参见附图具体说明本发明的实施例。本发明可做多种变更，可以具有多种形态，以下仅说明特定实施例。但其目的并非将本发明限定于所公开的形态，实际上应该理解为包括本发明思想及技术范围内的所有变更、等同物及替代物。
第一、第二等用语可用于说明多种构成要素，但所述构成要素不得限定于所述用语。所述用语只是用于区分一个构成要素与其他构成要素。例如，在不脱离本发明技术方案的前提下，可以把第一构成要素命名为第二构成要素，同样也可以把第二构成要素命名为第一构成要素。
本申请中所使用的用语只是用于说明特定实施例，而并非限定本发明。单数的表现形式在无特殊说明的情况下还包括复数。本申请中的“包括”或“具有”等用语旨在明确存在说明书中记载的特征、构成要素等，而并非表示不存在或不能还包括一个或其以上的其他特征或构成要素等。
若无另行定义，本文中使用的包括技术用语或科学用语在内的所有用语均表示与本领域普通技术人员通常理解相同的意思。通常使用的词典中定义过的用语应解释为与相关技术的文章脉络相一致的意思，本申请中没有明确定义的情况下不得解释为怪异或过度形式性的意思。
图1为例示含有浸渍液体的多孔电介质的电介质阻挡等离子体发生源的简要示意图。尤其是包括本发明的等离子体发生源的负离子发生器的一个例子。
本发明的等离子体发生源包括板形的第一电极110、配置成与所述第一电极相隔且相对的板形的第二电极120、所述的两个电极之间的多孔电介质130、向所述的两个电极施加交流电压的电压施加部件140、位于所述的第一电极及所述第二电极中一个以上的一面的介电层150及装有液体的液体供应部160。多孔电介质130的一个末端浸渍于所述液体供应部160向所述多孔电介质供应液体。
通过所述电压施加部件140向两个电极施加交流电压的情况下两个电极之间发生等离子体200，所述多孔电介质130位于所述等离子体200发生区域。等离子体处于多湿环境，如图2生成大量的OH自由基、发生大量的负离子。可设置送风扇并以此排出发生的负离子。
水之类的高极性的液体具有高介电常数(约80)。并且，铝材或玻璃材料的情况下介电常数分别为10及5，而吸了水的多孔陶瓷的情况下介电常数高达40～45，因此邻近相对电极周边的情况下能够向多孔陶瓷周边施加高的电磁场，能够形成容易发生等离子体的结构。
图2为例示本发明的等离子体发生源发生大量的OH自由基的简要示意图。通过等离子体发生的臭氧可以和多孔电介质的H2O反应生成大量的OH自由基。并且，液体能够通过等离子体发生的离子等的碰撞或热形成薄雾或颗粒团(cluster)向大气中排出，此时生存期限短的活性物质能够被液体颗粒团吸附而向大气中扩散。颗粒团起到保护膜的作用，从而提供延长活性物质的生存时间的有益效果。
图3至8为本发明的其他实施例，是含有浸渍液体的多孔电介质的电介质阻挡等离子体发生源的简要示意图。
尤其，图3为适用于平板形DBD装置例子，显示多孔电介质130配置成其长轴和相对和两个电极110、120垂直，所述多孔电介质的一端与所述介电层150的面相隔的例子。
图4为适用于平板形DBD装置的例子，是多孔电介质130配置成其长轴和相对的两个电极110、120平行，所述多孔电介质的一端和所述介电层150的面相隔的例子。
图5为适用于沿面放电DBD(Surface DBD：sDBD)的例子，包括介电层150、位于所述介电层的一面的板形的第一电极110及位于所述绝缘层的另一面的第二电极120，所述第二电极120为条形且彼此相隔地并列排列，或具有点形状且彼此相隔地排列成矩阵，多孔电介质130位于多个所述第二电极之间，所述电压施加部件向两个电极施加电压时两个电极之间发生等离子体200，所述多孔电介质130位于所述等离子体发生区域。
图6为适用于另一形态的sDBD的例子，其中液体供应部位于第一电极侧，多孔电介质130贯通第一电极110与介电层150位于第二电极之间发生等离子体的区域。
图7为适应型DBD型的等离子体发生源的例子。所述等离子体包括板形的第一电极层210、位于所述第一电极层的一面侧、与所述第一电极层相隔且平行的第二电极层220、位于所述第一电极层的另一面侧、与所述第一电极层相隔且平行的第三电极层211及位于所述第一电极层210与所述第二电极层220之间的空间及所述第二电极层220与所述第三电极层211之间的空间的多孔电介质230，所述电压施加部件向第一电极层210与第二电极层220及第三电极层211与第二电极层220施加电压使得电极之间发生等离子体，所述电压施加部件向两个电极施加电压使得电极之间发生等离子体，所述多孔电介质位于所述等离子体发生区域。
图8例示圆筒形DBD型的等离子体发生源的剖面。等离子体发生源包括第一电极层210、与所述第一电极层的内面相隔且位于第一电极层的内部中心的条形的第二电极220及位于所述第一电极层与所述第二电极的相隔空间的圆筒形的多孔电介质230，所述电压施加部件向第一电极层210与第二电极220施加电压使得电极之间发生等离子体，所述多孔电介质位于所述等离子体发生区域。
图9为例示应用于被沉积装置的本发明的等离子体发生源的简要示意图。浸渍熔融金属或液态有机溶剂等的多孔性介质可以和等离子体反应蒸发或原子化，在等离子体内获得能量沉积在基板的表面。与现有的固态沉积靶相比，能够节约材料消耗量，有利于大面积化。与固态靶相比，具有低结合能(binding energy)，因此能够提高沉积速度。还能够在大气压低温条件下沉积有机膜。
关于公开的实施例的说明用于本领域技术人员能够利用或实施本发明。对这些实施例的多种变形对于本领域技术人员是显而易见的，此处定义的一般原理在不超出本发明范围的前提下可以适用于其他实施例。因此，应该以此处公开的原理及特征关联的最大范围为基准进行解释，本发明不限于此处公开的实施例。

Claims (12)

1.一种包括多孔电介质的等离子体发生源，其包括：
板形的第一电极；
与所述第一电极相隔且相对的板形的第二电极；
所述两个电极之间的多孔电介质；及
向所述所述两个电极施加交流电压的电压施加部件，
其中，所述多孔电介质浸渍有液体，
通过所述电压施加部件向所述两个电极施加电压使得所述两个电极之间发生等离子体，
所述多孔电介质位于所述等离子体的发生区域。
2.根据权利要求1所述的包括多孔电介质的等离子体发生源，包括位于所述第一电极及所述第二电极中一个以上的一面的介电层。
3.根据权利要求1所述的包括多孔电介质的等离子体发生源，包括装有液体的液体供应部，所述多孔电介质的一个末端浸渍于所述液体供应部向所述多孔电介质供应液体。
4.根据权利要求2所述的包括多孔电介质的等离子体发生源，其中，所述多孔电介质配置成其长轴和相对的所述两个电极垂直，所述多孔电介质的一端与所述介电层的面相接。
5.根据权利要求2所述的包括多孔电介质的等离子体发生源，其中，所述多孔电介质配置成其长轴和相对的所述两个电极垂直，所述多孔电介质的一端与所述介电层的面相隔。
6.一种包括多孔电介质的等离子体发生源，包括：
介电层；
位于所述介电层的一面的板形的第一电极；及
位于所述绝缘层的另一面的第二电极，
其中，所述第二电极为条形状且相隔地并列排列，或具有点形状且彼此相隔地排列成矩阵，
多孔电介质位于所述第二电极之间，
通过所述电压施加部件向所述两个电极施加电压使得所述两个电极之间发生等离子体，
所述多孔电介质位于所述等离子体的发生区域。
7.根据权利要求6所述的包括多孔电介质的等离子体发生源，包括装有液体的液体供应部，所述多孔电介质的一个末端浸渍于所述液体供应部向所述多孔电介质供应液体。
8.一种包括多孔电介质的等离子体发生源，包括：
板形的第一电极层；
位于所述第一电极层的一面侧且与所述第一电极层相隔及平行的第二电极层；
位于所述第一电极层的另一面侧且与所述第一电极层相隔及平行的第三电极层；及
位于所述第一电极层与所述第二电极层之间的空间及所述第一电极层与所述第三电极层之间的空间的多孔电介质，
通过所述电压施加部件向第一电极层与第二电极层及第三电极层与第二电极层施加电压使得电极之间发生等离子体。
9.一种包括多孔电介质的等离子体发生源，包括：
圆筒形的第一电极层；
与所述第一电极层的内面相隔且位于第一电极层的内部中心的条形的第二电极；及
位于所述第一电极层与所述第二电极的相隔空间的圆筒形的多孔电介质，
通过所述电压施加部件向第一电极层与第二电极施加电压使得电极之间发生等离子体，所述多孔电介质位于所述等离子体的发生区域。
10.根据权利要求8或9所述的包括多孔电介质的等离子体发生源，包括装有液体的液体供应部，所述多孔电介质的一个末端浸渍于所述液体供应部向所述多孔电介质供应液体。
11.根据权利要求1、6、8及9中任一项所述的包括多孔电介质的等离子体发生源，所述液体包括过氧化氢。
12.一种负离子发生器，包括权利要求1、6、8、9中任一项所述的等离子体发生源。
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