CN108834298A - 一种通过辅助放电控制射频射流长度的装置与方法 - Google Patents

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郭颖
韩乾翰
石建军
张菁
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    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes

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Abstract

本发明公开了一种通过辅助放电控制射频射流长度的装置与方法。所述装置为一种介质阻挡放电等离子体反应器，其包括填充有放电气体的放电腔体，放电腔体的一端为进气口，另一端为出气口，放电腔体上沿气体流动方向依次设有高压电极、接地电极、射频电极。方法为：将放电气体由进气口通入到放电腔体中，先将射频电极接通射频交流电，使放电气体在接地电极与射频电极之间产生射频等离子体射流，然后将高压电极接通高压源，使高压电极与接地电极之间产生等离子体射流。本发明有效地增加了射频放电强度以及射频射流长度，并且通过改变脉冲等离子体的强度，实现射频射流长度的改变。

Description

一种通过辅助放电控制射频射流长度的装置与方法
技术领域
本发明涉及大气压辉光放电技术领域，特别是涉及一种大气压脉冲协同射频辉光射流放电的方法。
背景技术
等离子体射流是一种在小的放电空间内产生等离子体，等离子体在各种激励源驱动下通过喷嘴到达外部开放空间。与传统产生的等离子体相比较，等离子体射流具有的特点与优势：
(1)大气压下等离子体射流装置简易，不需要抽取真空，可以在大气压下产生放电均匀的等离子体。
(2)可在开放的空间内产生接近室温的等离子体，而不是像传统大气压等离子产生方式(例如电容耦合放电等)那样被束缚在狭窄的放电空间内。
管口处产生的等离子体对处理材料的表面提供了新技术，其在薄膜制备、材料表面改性、灭菌消毒、废弃物处理等领域都具有巨大的应用前景。因此管口外的射流长度以及强度成为等离子体研究的重点和热点之一。
传统的射频等离子体射流通常由单或双电极组成，且在管口处产生的射频射流距离较短，限制了射频射流的作用效果。大多数情况下增加等离子射流长度的方法，是通过增加放电气体的流量的方式，这样大量的消耗了载气量。本发明中的方法是采用三电极装置通过将射频电极与高压电极组合，将脉冲放电子弹注入到射频放电中，利用脉冲子弹来增加射频放电强度以及射频射流长度。通过改变脉冲等离子体的强度，实现射频射流长度的改变。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种大气压脉冲协同射频辉光射流放电的方法，其可以在提高射频等离子体密度和活性的同时，增加射频放电长度的大气压射频辉光射流放电技术。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种通过辅助放电控制射频射流长度的装置，其特征在于，为一种介质阻挡放电等离子体反应器，其包括填充有放电气体的放电腔体，放电腔体的一端为进气口，另一端为出气口，放电腔体上沿气体流动方向依次设有高压电极、接地电极、射频电极。
优选地，所述放电腔体采用截面为圆形的石英管，其内径为3-7mm，壁厚为1mm，长度为500mm。
优选地，所述高压电极、接地电极、射频电极的尺寸均为100mm×5mm×0.15mm；高压电极与接地电极之间的距离为1-10cm，接地电极与射频电极之间的距离为0.5-1cm。
优选地，所述放电气体为氩气、氦气和空气中的任意一种或几种的混合气体，其流量为0.1-6SLM。
优选地，所述介质阻挡放电等离子体反应器为等离子体射流反应器。
优选地，所述介质阻挡放电等离子体反应器内设有阻挡介质，阻挡介质采用石英、聚四氟乙烯、氧化铝陶瓷或玻璃。
本发明还提供了一种通过辅助放电控制射频射流长度的方法，其特征在于，采用上述通过辅助放电控制射频射流长度的装置，常温常压下，将放电气体由进气口通入到放电腔体中，先将射频电极接通射频交流电，使放电气体在接地电极与射频电极之间产生射频等离子体射流，然后将高压电极接通高压源，使高压电极与接地电极之间产生等离子体射流。
优选地，所述放电气体的流量为2000SCCM。
优选地，所述射频交流电的频率为2-13.56MHz，功率为10W-100W；所述高压源采用直流源、直流脉冲或高压交流源，频率为100-50000Hz，功率为30-1000W。
通常在大气压下的射频放电产生的射频射流较短，很大程度上限制了射频射流的应用。本发明先通过脉冲放电产生脉冲子弹，将脉冲放电子弹注入到射频放电中，有效地增加了射频放电强度以及射频射流长度，并通过改变脉冲等离子体的强度，实现射频射流长度的改变。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明采用的是高压放电协同射频放电而不是单独的高压的辉光放电或者射频放电。本发明拥有装置简单，操作方便、放电污染小、放电较易起辉、活性粒子浓度高等优点，由于本发明可以再开放的大气环境下进行，省去了高昂的真空设备，减低了成本，增加了射频放电强度，提高了射频放电长度，增加了其在工业中应用的可行性。
附图说明
图1为本发明提供的通过辅助放电控制射频射流长度的装置的示意图；
图2为射频等离子体的放电图片；
图3为脉冲辅助下的射频等离子体的放电图片。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例
如图1所示，为本发明提供的一种通过辅助放电控制射频射流长度的装置，该装置为一种等离子体射流反应器，其包括填充有放电气体的放电腔体1，放电腔体1的一端为进气口5，另一端为出气口6，放电腔体1上沿气体流动方向依次设有高压电极2、接地电极3、射频电极4。放电腔体1采用截面为圆形的石英管，其内径为3-7mm，壁厚为1mm，长度为500mm。高压电极2、接地电极3、射频电极4的尺寸均为100mm×5mm×0.15mm；高压电极2与接地电极3之间的距离为1-10cm(可调)，接地电极3与射频电极4之间的距离为0.5-1cm(可调)。介质阻挡放电等离子体反应器内设有石英作为阻挡介质。
一种通过辅助放电控制射频射流长度的方法：
常温常压下，将放电气体(氦气，流量为2000SCCM)由进气口5通入到放电腔体1中，先将射频电极4接通射频交流电，使放电气体在接地电极3与射频电极4之间产生射频等离子体射流，然后将高压电极2接通高压源，使高压电极2与接地电极3之间产生等离子体射流。射频交流电的频率为13.56MHz，功率为50W；所述高压源采用直流源、直流脉冲或高压交流源，频率为25000Hz，功率为500W。
如图2可见，为出气口6处射频射流长度较短。
如图3可见，改变注入射频放电中的等离子体子弹强度，增加并控制了管口6处的射频射流长度(长度范围在1-10mm)。

Claims (9)

1.一种通过辅助放电控制射频射流长度的装置，其特征在于，为一种介质阻挡放电等离子体反应器，其包括填充有放电气体的放电腔体(1)，放电腔体(1)的一端为进气口(5)，另一端为出气口(6)，放电腔体(1)上沿气体流动方向依次设有高压电极(2)、接地电极(3)、射频电极(4)。
2.如权利要求1所述的通过辅助放电控制射频射流长度的装置，其特征在于，所述放电腔体(1)采用截面为圆形的石英管，其内径为3-7mm，壁厚为1mm，长度为500mm。
3.如权利要求1所述的通过辅助放电控制射频射流长度的装置，其特征在于，所述高压电极(2)、接地电极(3)、射频电极(4)的尺寸均为100mm×5mm×0.15mm；高压电极(2)与接地电极(3)之间的距离为1-10cm，接地电极(3)与射频电极(4)之间的距离为0.5-1cm。
4.如权利要求1所述的通过辅助放电控制射频射流长度的装置，其特征在于，所述放电气体为氩气、氦气和空气中的任意一种或几种的混合气体，其流量为0.1-6SLM。
5.如权利要求1所述的通过辅助放电控制射频射流长度的装置，其特征在于，所述介质阻挡放电等离子体反应器为等离子体射流反应器。
6.如权利要求1或5所述的通过辅助放电控制射频射流长度的装置，其特征在于，所述介质阻挡放电等离子体反应器内设有阻挡介质，阻挡介质采用石英、聚四氟乙烯、氧化铝陶瓷或玻璃。
7.一种通过辅助放电控制射频射流长度的方法，其特征在于，采用权利要求1-6任意一项所述的通过辅助放电控制射频射流长度的装置，常温常压下，将放电气体由进气口(5)通入到放电腔体(1)中，先将射频电极(4)接通射频交流电，使放电气体在接地电极(3)与射频电极(4)之间产生射频等离子体射流，然后将高压电极(2)接通高压源，使高压电极(2)与接地电极(3)之间产生等离子体射流。
8.如权利要求1所述的通过辅助放电控制射频射流长度的方法，其特征在于，所述放电气体的流量为2000SCCM。
9.如权利要求1所述的通过辅助放电控制射频射流长度的方法，其特征在于，所述射频交流电的频率为2-13.56MHz，功率为10W-100W；所述高压源采用直流源、直流脉冲或高压交流源，频率为100-50000Hz，功率为30-1000W。
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