CN107852806B - 用于产生非热等离子体的电极装置和等离子体源以及操作等离子体源的方法 - Google Patents

用于产生非热等离子体的电极装置和等离子体源以及操作等离子体源的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于产生非热等离子体的电极装置(5)，具有第一电极(7)和第二电极(9)，它们通过电介质元件(11)彼此电绝缘且彼此间隔开。从电极(7、9)的相互间隔方向看，所述第一电极(7)的厚度至少为10μm，其中从所述电极(7、9)的相互间隔方向看，所述第二电极(9)具有至少1μm到至多5μm的厚度，或者至少5μm到至多30μm的厚度。电介质元件(11)具有至少10μm到至多250μm的厚度。

Description

用于产生非热等离子体的电极装置和等离子体源以及操作等 离子体源的方法
技术领域
本发明涉及用于产生非热等离子体的电极装置和等离子体源，以及用于操作等离子体源的方法。
背景技术
用于产生非热等离子体的电极装置通常具有第一电极和第二电极，其中电极通过电介质元件彼此电绝缘并且在空间上彼此分离。这种电极装置的典型用途或由这种电极装置产生的非热等离子体应用在消毒或灭菌，表面功能化以及医学领域，特别是伤口消毒，伤口处理和愈合，治疗皮肤过敏方面，以及细菌，病毒和真菌性皮肤病的治疗。据揭示，由电极布置产生的等离子体的化学组成很大程度上取决于距电极装置的有效表面的垂直距离，如在公开号为WO2012/150041A1的国际申请以及如美国申请US2014/0207053A1中所描述的。取决于具体的应用，需要不同的化学组成，并且因此在待处理的表面与电极装置的有效表面之间也需要不同的处理距离。用于调节等离子体化学组成的相关距离范围在例如2mm和4mm之间。然而常规的电极装置只能在相当高的电压幅度下有效地操作，并且因此出于电气安全的原因，它们几乎不能或者只有通过花费大量时间才能移动到足够靠近待治疗的表面(诸如患者的皮肤)，使得等离子体化学组成几乎不能以理想和灵活的方式进行调整。而且传统的电极装置被设计得相对较大，特别是坚硬，这阻碍了具有这种电极装置的设备的小型化，以及电极装置的几何形状被灵活应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种电极装置，以及一种用于产生非热等离子体的等离子体源和一种用于操作等离子体源的方法，其中不会出现上述缺点。
该目的通过提供独立权利要求的对象来解决。优选的实施例将从从属权利要求中得出。
该目的尤其是通过以下方式达成的，其中提供具有第一电极和第二电极的用于产生非热等离子体的电极装置，其中第一电极和第二电极通过电介质元件彼此电绝缘，并且通过电介质元件在空间上彼此分开，尤其是连续地，即特别是沿着其整个延伸没有中断。电极装置的特点在于，从电极互相间隔的方向看，第一电极具有至少10μm的厚度，其中当也在电极的互相间隔方向上观察时，第二电极具有至少1μm到至多5μm的厚度，或者至少5μm到至多30μm的厚度。因此，从电极互相间隔的方向看，电介质元件具有至少10μm到至多250μm的厚度。考虑到电极和电介质元件的非常薄的设计，可以提供比之前已知的更小且特别是更薄的电极装置，其适合于在允许距处理表面更小的安全距离的电压幅度下操作。因此可以根据期望的应用灵活地调整等离子体的化学组成，特别是推进到之前由于电气安全原因而不可行的距离范围。因此，可以为每个期望的应用选择合适的等离子体化学组成，并且可以确保距离处理表面的相应距离。此外，考虑到所选择的非常薄的电极以及所选择的非常薄的电介质元件，电极装置被设计为薄层电极装置，并且因此整体上是可弯曲的和/或柔性的，使得具有电极装置的设备的小型化成为可能，并且其中电极装置本身可以在几何形状上以非常灵活的方式使用，并且尤其可以适应于待处理的表面的几何形状。为了实现这一点，在生产期间电极和/或电介质元件的特定形状是不必要的，相反，考虑到其柔性特性，整个电极装置可以容易地适应待处理表面的几何形状，特别是通过弯曲。
优选地，第二电极具有至少5μm到至多30μm的厚度。
优选地，第二电极具有至少1μm到至多5μm的厚度。
电极装置特别构造成用于产生表面微放电。
如果将电位差，特别是交流电压施加到两个电极上，则在电极装置的有效表面上形成表面微放电，这又在活性表面的区域中产生非热等离子体。
为此，第一电极和第二电极特别设计为电源电极。
第一电极和第二电极重叠地布置，即特别是在彼此偏移的两个平面上，或者通过电介质元件彼此间隔开，特别是以三明治状堆叠的形式。因此，当在两个电极之间施加电位差时，可以通过电压来产生垂直于电介质表面的电场。
第一电极的厚度的上限优选地选择为使得电极装置整体上是可弯曲的和柔性的。特别地，第一电极的厚度的上限优选地为至多250μm，优选地至多30μm。
第一电极的厚度的下限优选地选择为使电阻损失最小化。
因此显而易见的是，电极装置优选设计为可弯曲的，特别是柔性的。
电介质元件特别地布置在第一电极和第二电极之间，使得一方面电极在几何结构上彼此间隔开，并且另一方面彼此电绝缘。该布置特别选择为使得第一电极与电介质元件物理接触，其中在第一电极和电介质元件之间不存在气缝，其中第二电极与电介质元件物理接触，其中在第二电极和电介质元件之间不存在气缝。
第一电极，电介质元件和第二电极因此优选地形成堆叠，其中电介质元件使电极彼此间隔的方向对应于堆叠方向。相应地，上述厚度是在堆叠方向上测量的。
非热等离子体尤其被理解为一种等离子体，其中描述等离子体的电子的动能分布的温度(也称为电子温度)不相同，并且特别是远远高于描述等离子体所包含的离子，特别是原子离子或分子离子的动能分布的温度，也被称为离子温度。电子温度明显高于离子温度，其中离子温度可以特别地在25℃到至多100℃的范围内选择。考虑到较低的离子温度，这种等离子体也被称为冷等离子体。
在这种情况下，等离子体特别表示其中具有相反电荷的带电粒子在气相中彼此相邻存在的材料状态，其中在特定体积上对于目标体积平均得到中性电荷。等离子体优选地还包含处于电子、振动或旋转激发态的非带电原子和/或分子，并且也称为被激发的粒子和/或自由基，总体上尤其是不带电的反应性原子和/或分子，其也称为反应性颗粒或反应性物质。等离子体的化学组成的改变特别取决于垂直于形成等离子体的电极装置的活性表面测量的距离。
电极装置的优选的一个示例性实施例的特点在于，第二电极在背离电介质元件的一侧上具有电介质覆盖元件，在堆叠方向上，该电介质覆盖元件具有至少0.2μm到至多30μm的厚度。电介质覆盖元件用于保护第二电极免受损害，特别是免受化学或机械腐蚀的影响，同时防止处理过的表面与第二电极之间的直接接触。由于电介质覆盖元件的非常薄的设计，电极装置即使在具有电介质覆盖元件时也是可弯曲的，特别是柔性的。
在优选的示例性实施例中，电介质覆盖元件被设计为涂层，其中尤其是第二电极涂覆有电介质覆盖元件。
电极装置优选地设置为，从电介质元件观察，使得非热等离子体在第二电极的一侧产生，特别是在第二电极的表面上，或者在背离第二电极电介质元件的表面上。
电介质覆盖元件特别用作保护涂层，特别是用于保证电极装置对于操作者和/或用非热能等离子体处理的部件的电气安全性。
结果表明，特别是在电气安全方面，电介质元件的厚度与电介质覆盖元件的厚度之比优选为至少5到至多15，优选至少8到至多12，优选10。
电极装置的一个优选的示例性实施例的特点在于，第一电极在背离电介质元件的一侧上具有电介质基体元件。在电介质基体元件的帮助下，优选地可以防止或抑制从第一电极出现的电晕放电，否则会降低电极装置的效率。电介质基体元件在堆叠方向上测量的厚度优选被选择为使得一方面从第一电极进行的电晕放电被有效且高效地，优选地被完全抑制，而另一方面电极装置整体保持可弯曲的，尤其是柔性的。电介质基体元件尤其可以具有至少10μm到至多250μm，优选至多30μm的厚度。
电介质基体元件优选被设计为平面的，并且特别优选地沿着第一电极的整个延伸部延伸。在优选的示例性实施例中，电介质基体元件被设计为涂层，其中第一电极涂覆有电介质基体元件，特别是在其背向电介质元件的一侧上。
电极装置的一个优选的示例性实施例的特点在于，从第一电极和第二电极中选择的至少一个电极具有铜、银、金和铝中的一种或多种材料或由铜、银、金和铝中的一种或多种材料组成。其他导电材料，特别是金属或类金属也可以用于制造至少其中一个电极。第一和第二电极中的至少一个也可以由金属合金制造，特别是具有至少一个前述元素的合金。重要的是，电极由导电材料制造，优选具有尽量小的电阻。
电极装置的一个优选的示例性实施例的特点在于，选自电介质元件，电介质覆盖元件和电介质基体元件中的至少一个元件具有氮化硅(SiN)，硅酸盐，特别是石英(SiO2)，玻璃和塑料，特别是聚酰胺中的一种或多种材料或由氮化硅(SiN)，硅酸盐，特别是石英(SiO2)，玻璃和塑料，特别是聚酰胺中的一种或多种材料组成。其他无机或有机材料也可以用于该元件。重要的是，所选材料具有介电特性并且特别是被设计成非导电的，特别是电绝缘体。
电极装置的一个优选的示例性实施例的特点在于，第一电极被设计为平面的。特别优选地，第一电极被设计为层电极或叶电极。这使所产生的等离子体的均匀分布成为可能，并且为此产生特别均匀的输出分布。
在一个优选的示例性实施例中，第二电极被设计成结构化的。第二电极尤其可以根据其几何结构，与电极装置的特定要求，尤其是电极装置的特定用途相适应。
在电极装置的一个优选的示例性实施例中，第二电极具有梳状结构。特别地，这表示这样一种结构，其中第二电极具有细长的基体元件，电极分支从该基体元件延伸，彼此平行地取向并电连接到基体元件。第二电极也可以具有线性结构，其中线性结构具有至少一条直线。优选地，线性结构具有尤其彼此平行布置并且彼此电连接的多条线。尤其地，可以提供具有基体元件的梳状结构，其中彼此平行布置的线状电极分支从基体元件开始延伸并电连接到基体元件。
第二电极也可以具有卷绕结构，特别是波状结构。第二电极特别可以设计成波浪线。优选地也可以设置，第二电极具有彼此平行布置的多个彼此电连接的波浪线。特别地，梳状结构也是可能的，其中从基体元件出发的电极分支以波浪线的形式延伸，并且电连接到基体元件，并且优选彼此平行取向。
第二电极也可以具有螺旋结构，特别是圆形螺旋形或矩形螺旋形，或者第二电极具有曲折结构。
如果第二电极具有一条或多条线，例如以波浪线或直线的形式，或者以螺旋或曲折线的形式，则第二电极的这种线优选具有的宽度为至少50μm到至多200μm。已经证明，这种宽度一方面对于电气装置的电特性和所产生的等离子体的特性以及另一方面关于电极装置的可弯曲性和灵活性特别有利。
在一个优选的示例性实施例中，第二电极具有带有至少一个凹部的平面结构。这尤其意味着第二电极被设计为平面的，其中第二电极具有至少一个凹部，优选具有至少一个贯穿部，特别是在其表面中。在这种情况下，可以特别是在至少一个凹部中产生表面微放电。表面微放电尤其在至少一个凹部的边缘处产生。
据显示，至少一个凹部的边缘互相之间优选具有至少0.5mm，并且优选地大于0.5mm的距离。特别地，至少一个凹部优选地具有至少0.5mm，优选地大于0.5mm的宽度。
电极装置的数字模拟显示，第二电极中的这种凹陷的边缘处的电场具有大约30μm至50μm的延伸。在这种凹槽的两个相对的边缘处，微放电因此可以在两个区域中上升，该两个区域具有垂直于边缘的大约30μm至50μm的延伸。为了防止对电场的干扰和削弱，并且因此也避免该放电，必须选择边缘之间的间隔，其远大于各个微放电的延伸的两倍，即大于60μm至100μm。据揭示，凹部的边缘彼此之间的间隔至少为500μm，优选地大于500μm，即0.5mm，足以以高效率提供未衰减的表面微放电。
该至少一个凹部优选地设计成类似于第二电极中的雕刻结构。
优选地，至少一个凹部形成人类理解或人类理解可识别的符号，诸如图形字符，符号，至少一个字母，数字或诸如名字的词，或者诸如脸的图像或者物体，标志等。在这方面，第二电极可以具有多个凹部，这些凹部可以形成人类可以理解的不同的符号，或者共同形成可被人类理解的符号。
根据本发明的改进方案，垂直于堆叠方向的第一电极至少部分地，优选地整个地突出超过第二电极的边缘。在这种情况下，表面也可以在外边缘也就是第二电极的外轮廓线或外边缘产生微放电。
替代地或附加地，从垂直于堆叠方向的角度来看，第一电极可以至少部分地具有比第二电极更小的延伸部，使得第二电极至少部分地，优选地整个地在该方向上超出第一电极。在这种情况下，至少在第二电极横向地即垂直于堆叠方向突出到第一电极之外的地方，均不会在第二电极的外围边缘处产生微放电。
垂直于堆叠方向观察，电介质元件优选延伸超过两个电极的外围线，即第一电极和第二电极的外围线。
此外，第二电极可以布置在电介质元件上，特别是例如通过物理气相沉积等沉积在电介质元件上。然而，第二电极也可以被嵌入在电介质元件中。
在电极装置的一个优选的示例性实施例中，电介质元件被设计为平面的。特别可能的是，电介质元件被设计为第一电极上的涂层，其中第二电极优选构造在电介质元件上，或者构造为电介质元件上的可存在的局部的涂层。
可替代地或者附加地，电介质覆盖元件优选地被设计为平面的，其中，优选地，电介质覆盖元件优选地完全容纳或者封装第二电极，并且因此保护它不与待处理的表面接触以及免于损坏，特别是化学或者机械腐蚀。
替代地或附加地，电介质基体元件优选地被设计为平面的，并且由此特别地保护第一电极的背离第二电极的两侧中的一侧免受外部影响。
电极装置的一个优选的示例性实施例的特点在于，选自电介质元件，电介质覆盖元件和电介质基体元件中的至少一个元件具有小于元件厚度5％的平均表面粗糙度Ra。这样的表面粗糙度Ra对于电介质元件和/或电介质覆盖元件是特别优选的。由于这些元件中的至少一个元件具有非常小的表面粗糙度，可以保证通过电极装置产生的非热等离子体的非常均一且均匀的输出分布。特别是在很大程度上避免了局部输出峰值和最小输出。
在这里，平均表面粗糙度尤其是指相关表面上的假想测量点与相关表面的假想中线的平均距离。在参考截面内，假想中线与表面轮廓相交，使得轮廓偏差的总和相对于假想中线最小。因此，平均粗糙度Ra对应于与假想中线的定量偏差的算术平均值。
平均粗糙度Ra优选使用光学方法测量。特别优选地，平均粗糙度在确定本申请的日期有效的版本中通过标准ISO 25178中定义的方法来确定。为了确定平均粗糙度，可以使用共焦方法，锥光全息图，白光波导干涉测量法和/或聚焦变化。气流方法也是可能的，例如根据Bekk来确定光滑度，根据Parker Print Surf来确定光滑度或根据Bendtsen来确定光滑度。优选地，相关元件的平均表面粗糙度Ra对于上述测量方法中的每一个而言都小于相关元件的厚度的5％。
附加或可选地，优选地规定，选自电介质元件，电介质覆盖元件和电介质基体元件中的至少一个元件的厚度变化小于相关元件的厚度的5％。这对于电介质元件和/或电介质覆盖元件是特别优选的。这也导致了等离子体输出分布的改善的均匀性。
该目的还通过以下方式实现：提供具有电压源和根据上述示例性实施例中的一个的电极装置的等离子体源以产生非热等离子体。电压源至少电连接到第一电极。结合等离子体源得到了以及结合电极装置解释的优点。
由于电压源至少与第一电极电连接，所以特别意味着对第一电极施加电压或电信号，特别是交变电压。
优选规定，第二电极接地。这增加了等离子体源的电气安全性，因为第二电极比第一电极更靠近待处理表面。如果例如当柔性电极装置弯曲时发生断裂并且第二电极的一部分脱出电介质覆盖元件，则当第二电极接地时，第二电极的该部分接触被处理表面，特别是患者的皮肤时不存在危险。
在等离子体源的优选示例性实施例中，电压源也被电连接到第二电极。特别优选地，第二电极通过电压源接地。
可替换地，电压源也可以仅电连接到第一电极，其中优选地，一方面电压源可以连接到公共接地点，另一方面第二电源可以连接到公共接地点。
等离子体源的一个优选的示例性实施例的特点在于，可以将交变电压施加到第一电极，其中第二电极接地。如上所述，这可以通过电压源完成，或者在电压源外部，通过将第二电极接触到接地点来完成。
在等离子体源的另一个示例性实施例中，其中第二电极可以不具有特定电势并且因此漂浮。
等离子体源的一个优选的示例性实施例的特点在于，等离子体源，优选为电压源被配置成产生的交变电压的幅度为从至少0.5kV的峰峰值，也被写作kVpp，到至多3kVpp，优选地从至少1.0kVpp到至多2.5kVpp，优选地从至少1.0kVpp到至多2.0kVpp，优选地1.5kVpp，和/或频率为至少20kHz到至多90kHz，优选地从至少30kHz到至多80kHz，优选地从至少40kHz到至多70kHz，优选地从至少50kHz到至多60kHz，优选地50kHz。通过电极装置的非常薄的设计，可以向第一电极施加具有相对较低幅度的交变电压。这增加了等离子体源的电气安全性并且使要被处理的表面与产生等离子体的电极装置的表面之间保持的安全距离最小化。因此，可以灵活地调整最佳等离子体化学成分，并因此调整所产生的等离子体的最佳化学组成，以用于特定期望类型的待处理表面的处理。特别地，可以选择至少2mm到至多4mm的处理距离。
电极装置的非常薄的几何设计使得能够附加地或者可选地选择交变电压的频率为位于最大音频频率以上，即特别是高于20kHz。这也特别归因于，第一电极优选地被设计为平面的或作为层电极或叶电极，这使得电极装置的泄露能力最小化。高于最大音频频率的这种高频的选择一方面提高了等离子体源的电气安全性，另一方面可以使用压电放大器，特别是当选择至少50kHz的频率时。这又使得等离子体源进一步小型化，因为这种压电放大器可以设计得非常小。特别地，这样的压电放大器可以具有大约2mm的厚度，大约8mm的宽度以及大约50mm的长度。因此可以提供例如具有铅笔尺寸的等离子体源。归根结底，等离子体源本身不再限制具有等离子体源的等离子体装置的尺寸，而是用于向电压源供应电能的电存储装置的尺寸，如果它是便携式的，不依赖电网的设备。特别地，电池的尺寸限制了相应装置的可能的小型化。
特别地，等离子体源的一个优选的示例性实施例的特点在于，等离子体源，特别是电压源具有压电放大器。这产生了较小设计的上述优点以及等离子体源的改进的小型化可能。
这些压电放大器或压电变压器可以以约50kHz的频率最佳地操作，因为它们的共振频率在该范围内。而且，它们最好在最高3kVpp的电压下运行。两者都能使这里提出的电极装置由于具有低电容，这防止了其它的高损耗，从而提供了在相对较低幅度的交变电压下进行操作的可能性。
该目的最后通过提供一种用于操作等离子体源的方法来达成，其中在该方法中，通过电压源将电压施加到根据上述示例性实施例中的一个的电极装置上，和/或根据上述示例性实施例，操作等离子体源。结合该方法，特别是已经结合电极装置和/或等离子体源解释了优点。
特别是，在该方法中产生表面微放电。通过改变等离子体源的电参数，可以改变由表面微放电产生的等离子体的等离子体化学组成。
该方法的一个优选的实施方式的特点在于，产生的交变电压的幅度为至少0.5kVpp到至多3kVpp，优选至少1.0kVpp到至多2.5kVpp，优选至少1.0kVpp到至多2.0kVpp，并且优选地1.5kVpp。特别地，这得到了在操作等离子体源时较高电安全性的优点，以及以高度灵活且适于应用的方式适当选择等离子体源到处理表面的距离的优点，使得等离子体化学组成始终灵活且适当地调整。
该方法的一个优选的实施例中，其中产生的交变电压的频率为至少20kHz到至多90kHz，优选至少30kHz到至多80kHz，优选至少40kHz到至多70kHz，优选至少50kHz到至多60kHz，优选为50kHz。一方面，这产生了在操作等离子体源时较高的电安全性的优点，另一方面可以使用压电放大器的优点，这又可以使等离子体源小型化。
用于对物体特别是表面进行等离子体处理的设备，特别是具有根据上述示例性实施例中的一个的电极装置和/或等离子体表面的设备也是本发明的一部分。
此外，本发明还包括使用电极装置和/或等离子体源用于表面功能化，特别是实现提高粘合性，改进涂层，如油漆或清漆；用于卫生，例如用于消毒或消毒设备，特别是医疗设备，用于手消毒或手灭菌，用于表面消毒或表面灭菌；和/或用于医疗领域，例如用于伤口消毒或伤口愈合，用于治疗皮肤过敏，用于治疗皮肤细菌或病毒疾病，以及皮肤真菌疾病。
第一电极和第二电极优选完全封装在不导电和/或电介质材料中，这增加了电极装置的安全性。
总体而言，与该电极装置，等离子体源和方法结合还得到以下优点：
由于电极装置的非常薄的设计，其可以非常容易地弯曲，使得在具有电极装置和/或等离子体源的设备的生产中的灵活设计是可能的。
可以使用小的电压源，因为电压源的大部分是放大器，最终特别是变压器，由于低的交变电压允许放大器的尺寸减小。
此外，例如当将直流电压转换为交变电压时，由于需要较少的放大，所以电压源输出到工作电压的转换效率更高。这又使得电压源进一步小型化，并因此使等离子体源进一步小型化。
由于更高的电气安全性，有可能减小等离子体源或电极装置的壳体中的绝缘体材料的厚度，从而可以实现更小的安全距离。
电极装置和待处理表面之间的距离的可变宽度增加了。因此，可以更容易地控制对于由等离子体覆盖的待处理表面上的反应种类的等离子体的组成，并且根据所期望的用途适当地选择该等离子体的组成。
在发生事故或故障的情况下，电极装置或等离子体源的操作者以及被治疗的表面，特别是患者的皮肤的电击风险被最小化。最大电流由所使用的电压确定，该电压由于电极装置的几何设计而可以被减小。
考虑到电气安全性的提高和相应降低的安全要求，特别是在电极装置的结构中的更大的设计自由度是可能的。
附图说明
下面参照附图进一步说明本发明。在图中：
图1示出了等离子体源的示例性实施例的示意图；
图2示出了关于第二电极的结构的电极装置的多个不同的示例性实施例，以及
图3示出了电极装置的另一个示例性实施例，特别是关于第二电极的结构。
具体实施方式
图1示出了设置为产生非热等离子体的等离子体源1的示例性实施例的示意图。等离子体源1具有电连接到电极装置5的电压源3。就其本身而言，电极装置5设置为产生非热等离子体。
它具有第一电极7和第二电极9，其中在第一电极7和第二电极9之间设置电介质元件11，使得两个电极7、9通过电介质元件11彼此电绝缘并且彼此间隔开。两个电极7、9和电介质元件11形成堆叠，其中从堆叠方向看，电介质元件布置在第一电极7上，第二电极9布置在电介质元件11上。
在堆叠方向上看，第一电极7具有至少10μm的第一厚度d1，其中第二电极9在堆叠方向上也具有至少1μm到至多5μm的第二厚度d2，或者从至少5μm到至多30μm。在堆叠方向上看，电介质元件具有至少10μm到至多250μm的第三厚度d3。
电极装置5因此被设计成薄层电极装置，并且总体上具有非常小的厚度。这使得它整体上是可弯曲的，从而可以灵活地适应多种不同的用途，特别是多个几何形状上不同的待处理的表面。此外，由于其非常薄的设计，电极装置5可以在低电压下操作，特别是在小于3kVpp下操作，这增加了等离子体装置1的电安全性。
第二电极9在背离电介质元件11的一侧上具有电介质覆盖元件13，该电介质覆盖元件13在堆叠方向上具有至少0.2μm到至多30μm的第四厚度d4。电介质覆盖元件13优选地被设计为涂层，其中尤其是第二电极9涂覆有电介质覆盖元件13或者电介质覆盖元件13的材料。电介质覆盖元件13因此优选地完全覆盖第二电极9。
第一电极7在背离电介质元件11的一侧上具有电介质基体元件15。这优选地设置为平面的并且沿着第一电极7的整个延伸部延伸，并因此完全覆盖第一电极，在图1中的底部。因此电介质基体元件15非常有效地防止了从第一电极7出现的电晕放电，从而通过电介质基体元件15增加了电极装置5的效率。电介质基体元件15的第五厚度d5优选地选择为使得一方面可靠地避免由第一电极7发射的电晕放电，另一方面，电极装置5设置为整体可弯曲的。
总的来说，堆叠的电极装置5具有以下堆叠顺序：在电介质基体元件15上设置第一电极7，电介质元件11设置在第一电极7上。其上设置有第二电极9，在第二电极9上设置有电介质元件13。
至少一个第一电极7和/或至少一个第二电极9优选包括铜、银、金和铝中的一种或多种材料。优选地，第一电极7和第二电极9中的至少一个由上述材料构成。
其他导电材料也可用于电极7、9，特别是合金，特别优选基于至少一种前述元素。
电介质元件11、电介质覆盖元件13和/或电介质基体元件15优选包括氮化硅、硅酸盐、特别是石英、玻璃和塑料、特别是聚酰胺中的一种或多种材料。前述元件中的至少一个也可以由前述材料之一组成。其他无机或有机材料对于上述元件也是可以的，只要它们具有电介质并且特别是电绝缘的特性即可。
第一电极7优选地设置为平面的，特别是作为层或叶电极。
第二电极9优选设置成结构化的。具体地，在图1所示的示例性实施例中，其具有多个线状的部分电极17。第二电极9的结构尤其可以根据电极装置5的具体用途而定制。
特别地，电介质元件11和/或电介质覆盖元件13优选具有小于相应元件的厚度的5％的平均表面粗糙度Ra。可选地或附加地，电介质基体元件15优选具有小于其厚度的5％的平均表面粗糙度Ra。
电压源3特别地电连接到第一电极7，其中可以将交变电压施加到第一电极7。第二电极9优选地接地。在这里描述的示例性实施例中，两个电极7、9通过放大器19电连接到电压源3。放大器19优选地设计为压电放大器。
电极装置5优选以幅度为至少0.5kVpp到至多3kVpp，优选至少1.0kVpp到至多2.5kVpp，优选至少1.0kVpp到至多2.0kVpp，优选1.5kVpp的交变电压运行。交变电压优选具有至少20kHz到至多90kHz，优选至少30kHz到至多80kHz，优选至少40kHz到至多70kHz，优选至少50kHz到至多60kHz的频率，最好是50kHz。
图2示出了电极装置5的多个不同的示例性实施例，其中第一平面电极7和结构化的第二电极9在俯视图中示意性地示出。
在图2a)中示出了具有梳状结构的第二电极9，该梳状结构具有彼此平行布置的多条直线，彼此电连接并且从在图2a)中的公共基底元件21开始向右延伸。
在图2b)中，第二电极9也具有梳状结构，而其中蛇形线状的部分电极从基底元件21开始彼此平行地延伸。各个部分电极通过公共基底元件21彼此电连接。
在图2c)中，第二电极9也具有线性结构，然而其形式为以矩形锯齿形线延伸的路径。
在图2d)中，第二电极9具有矩形螺旋的形状。
在图2e)中，第二电极9具有弧形螺旋形状，特别是圆形螺旋形状。
最后，图2f)中的第二电极9具有曲折结构。
图3示出了电极装置5的另一示例性实施例的示意图，特别是关于第二电极9的另一种可能的实施方式。等同和功能上等同的元件具有相同的附图标记，以此参照前面的描述。在这里描述的示例性实施例中，从观察者的角度来看，即垂直于图3中的图面，第一电极7设置在第二电极9的下方，其中从观察者的角度来看，即在图3中的平面中，它突出超过第二电极9的第一外边缘23，使得第一电极7的第二外边缘25横向延伸超过第二电极9。电介质元件11是为了清楚起见，未在图3中描绘。然而，在电极装置5中，电介质元件在堆叠方向上(即垂直于图3中的平面)设置在第一电极7和第二电极9之间，其中电介质元件突出超过了第一电极9的第一外边缘23以及第一电极7的第二外缘25。
在这里描述的构造中，特别是关于第二电极9的第一外边缘23和第一电极7的第二外边缘25，可以形成表面微放电，特别是也在第二电极9的第一外边缘23的区域中。如果在另一个示例性实施例中，第二电极9的第一外边缘23横向延伸超出第一电极7的第二外边缘25，则在第二电极9的第一外边缘23处不存在表面微放电。
在这里描绘的示例性实施例中，第二电极9设置为平面的并且具有多个凹部27，其中仅一个凹部用附图标记27标识以提高清晰度。凹部27特别设置为第二电极9的表面中的穿透部。当电极装置5工作时，特别是在凹部27的边缘处形成表面微放电。
可以看出，在这种情况下，凹部27形成符合人类理解或人类可理解的符号，即字母，其中凹部27一起形成一个词，即单词“plasma”。类似地，第二电极9中的这种凹部27可以形成其它单词，数字，字母和数字的组合，图形字符，图片，面孔，标志等。
特别地，凹部27的边缘优选彼此间隔至少0.5mm。以这种方式，可以在凹部27的边缘处以最佳效率产生未衰减的表面微放电。
总的来说，可以看出，借助这里提供的电极装置5，等离子体源1和方法，能够在较高设计自由度下实现用于产生非热等离子体和/或用于等离子体处理，特别是表面的处理的设备的显著小型化，其中设备的电气安全性增加，并且总是可以在对于特定用途所期望的等离子体化学组成始终适用的宽范围内选择处理距离。

Claims (14)

1.一种用于产生非热等离子体的电极装置(5)，具有：
第一电极(7)和第二电极(9)；
所述第一电极(7)和第二电极(9)彼此电绝缘且通过电介质元件(11)彼此间隔开；
其特征在于：
从电极(7、9)的相互间隔方向看，所述第一电极(7)的厚度至少为10μm；
其中，从电极(7、9)的相互间隔方向看，所述第二电极(9)的厚度为至少1μm到至多5μm，或者至少5μm到至多30μm；其中
电介质元件(11)的厚度为至少10μm到至多250μm，并且其中
所述第一电极(7)和所述第二电极(9)重叠地布置，即特别是在彼此偏移的两个平面上，并且通过所述电介质元件(11)彼此间隔开；以及其中
所述第二电极(9)具有带有至少一个凹部(27)的平面结构，所述凹部(27)的边缘彼此之间具有至少0.5mm的间隔。
2.根据权利要求1所述的电极装置(5)，其特征在于：
a)所述第二电极具有至少5μm到至多30μm的厚度，和/或
b)所述第二电极(9)在背离所述电介质元件(11)的一侧上具有电介质覆盖元件(13)，在电极(7、9)的堆叠方向上看，所述电介质覆盖元件(13)具有至少0.2μm到至多30μm的厚度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电极装置(5)，其特征在于，所述第一电极(7)在背离所述电介质元件(11)的一侧上具有电介质基体元件(15)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电极装置(5)，其特征在于，从所述第一电极(7)和所述第二电极(9)中选择的至少一个电极具有铜、银、金和铝中的一种或多种材料或者由铜、银、金和铝中的一种或多种材料组成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电极装置(5)，其特征在于，选自所述电介质元件(11)、所述电介质覆盖元件(13)和所述电介质基体元件(15)中的至少一个元件具有氮化硅、硅酸盐、特别是石英、玻璃和塑料、特别是聚酰胺中的一种或多种材料或者由氮化硅、硅酸盐、特别是石英、玻璃和塑料、特别是聚酰胺中的一种或多种材料组成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电极装置(5)，其特征在于，所述第一电极(7)构造为平面的，和/或所述第二电极(9)构造为结构化的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电极装置(5)，其特征在于，从所述电介质元件(11)和所述电介质覆盖元件(13)中选择的至少一个元件的平均表面粗糙度(Ra)小于该元件的厚度的5％。
8.一种用于产生非热等离子体的等离子体源(1)，所述等离子体源(1)具有电压源(3)和根据权利要求1至7中任一项所述的电极装置(5)，其中所述电压源(3)至少电连接于所述第一电极(7)。
9.根据权利要求8所述的等离子体源(1)，其特征在于，所述第一电极(7)可被施加交变电压，而所述第二电极(9)接地。
10.根据权利要求8或9所述的等离子体源(1)，其特征在于，所述等离子体源(1)设置为产生的交变电压的幅度为从至少0.5kVpp到至多3kVpp，优选地从至少1.0kVpp到至多2.5kVpp，优选从至少1.0kVpp到至多2.0kVpp，优选1.5kVpp，和/或频率为从至少20kHz到至多90kHz，优选从至少30kHz到至多80kHz，优选地从至少40kHz到至多70kHz，优选地从至少50kHz到至多60kHz，优选地50kHz。
11.根据权利要求8和10中任一项所述的等离子体源(1)，其特征在于，所述等离子体源(1)具有压电放大器(19)。
12.一种用于操作等离子体源(1)的方法，其中借助电压源(3)将电压施加到根据权利要求1至7中任一项所述的电极装置(5)，和/或其中根据权利要求8至11中任一项所述的等离子体源(1)被操作。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述等离子体源(1)操作所用的交变电压的幅度为从至少0.5kVpp到至多3kVpp，优选地从至少1.0kVpp到至多2.5kVpp的，优选地从至少1.0kVpp到至多2.0kVpp，优选地1.5kVpp。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述等离子体源(1)操作所用的交变电压的频率为从至少20kHz到至多90kHz，优选地从至少30kHz到至多80kHz，优选地从至少40kHz到至多70kHz，优选地从至少50kHz到至多60kHz，优选地50kHz。
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