CN113056081A - 一种等离子体表面放电的柔性电极及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等离子体表面放电的柔性电极及装置，包括：基底层；绝缘层，设在所述基底层上；其中，所述基底层和所述绝缘层之间设有导电膜层，所述基底层与所述绝缘层相对的一侧表面上设有若干用于引导所述导电膜层产生等离子体表面放电的微型凸起，所述导电膜层覆盖设在所述微型凸起的表面，通过在基底层的表面上设置微型凸起，导电膜层在微型凸起的表面上覆盖设置，导电膜层贴合在微型凸起的表面形成与微型凸起相同的凸起形状，微型凸起使得尖端放电更容易形成，更加有效的产生大密度均匀的等离子体放电，在整个柔性电极表面产生均匀的介质阻挡等离子体表面放电，从而有效的提高柔性电极放电效率。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体表面放电技术领域，更具体的说，涉及一种等离子体表面放电的柔性电极及装置。
背景技术
低温等离子体技术：近年来，低温等离子体技术的研究非常活跃，在环保领域衍生除了许多新的技术、方法和工艺。低温等离子体放电温度较低，采用大气压放电可以有效的降低放电装置的成本，使能源消耗降低，本发明采用介质阻挡放电技术产生等离子体，可以在接近室温的条件下产生大量的高能粒子与活性基团，从而对与之相接触的待处理物体表面上病菌等微生物进行有效的消杀。在作用在食品和皮肤伤口表面时，产生的等离子体还具有保鲜和促进伤口病灶愈合的作用。
微结构放电应用：微放电是近年来兴起的新兴研究领域，通过在微米级甚至纳米级几何尺度上设计微结构，配合不同类型的等离子体放电，可以满足不同应用场景的需求。本发明采用微米级几何尺度的柔性复合高压电极产生大气压环境下的等离子体介质阻挡放电，可以在较小的能耗下产生较大面积上均匀的等离子体放电，满足本发明的移动便携特性。
等离子体电离液体放电：等离子体电离液体放电可以在液体表面电离产生多种化学基团，这些化学基团有着很高的活性，应用领域广泛。在本发明中，当经过雾化后的液体水雾流经等离子体放电区时，其与微电极接触的液滴表面会发生电离，产生大量的OH-基团，这些基团具有氧化性，可以随雾化液滴散播到环境空气中起到消杀环境中病菌等微生物的作用。
然而，现有的沿面放电装置对非规则表面处理由于与放电表面贴合不紧密普遍存在效率低、放电要求高以及处理效果不均匀等问题，无法满足人们的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种有效提高放电效率的等离子体表面放电的柔性电极及装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种等离子体表面放电的柔性电极，包括：
基底层；
绝缘层，设在所述基底层上；
其中，所述基底层和所述绝缘层之间设有导电膜层，所述基底层与所述绝缘层相对的一侧表面上设有若干用于引导所述导电膜层产生等离子体表面放电的微型凸起，所述导电膜层覆盖设在所述微型凸起的表面。
进一步地，若干所述微型凸起均匀间隔设置，相邻两个所述微型凸起的间距范围为0.3~2毫米，所述微型凸起的高度范围为0.5~1.5毫米。
进一步地，所述基底层、所述微型凸起和所述绝缘层采用柔性材料制作，所述柔性材料包括硅聚二甲基硅氧烷、聚乳酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯、橡胶、硅胶、凝胶、聚酰亚胺中的一种或多种的组合。
进一步地，所述微型凸起与所述基底层一体化成型，所述基底层和所述绝缘层的厚度范围为0.1~2毫米。
进一步地，所述微型凸起采用圆锥形或圆柱形的微阵列结构，圆锥形或圆柱形所述微型凸起的底面直径范围为0.3~1毫米。
进一步地，所述微型凸起采用棱锥形或棱柱形的微阵列结构，棱锥形或棱柱形所述微型凸起的底面上任意两个顶点的最长连线长度范围为0.3~1毫米。
进一步地，所述微型凸起采用圆台形或棱台形的微阵列结构，圆台形或棱台形所述微型凸起的底面上最长连线长度范围为0.3~1毫米，所述微型凸起的顶面上最长连线长度范围为0.01~0.5毫米。
进一步地，所述导电膜层采用可用于镀膜的导电材料，所述导电材料包括金、银、铜及其合金中的至少一种，所述导电膜层覆盖设在所述基底层具有所述微型凸起的一面。
进一步地，所述绝缘层的一侧与位于所述微型凸起的端部的所述导电膜层紧密贴合，所述绝缘层的另一侧设有用于接地的电极层，所述电极层与所述导电膜层相互配合设置。
另一方面，本发明还提供一种等离子体表面放电的装置，所述装置包括保护部件、电连接部件以及上述的一种等离子体表面放电的柔性电极，所述电连接部件与所述导电膜层电连接，所述保护部件对所述柔性电极进行绝缘封装。
本发明由于通过在基底层的表面上设置微型凸起，导电膜层在微型凸起的表面上覆盖设置，导电膜层贴合在微型凸起的表面形成与微型凸起相同的凸起形状，相比于现有的平面形状的导电电极层更加有利于尖端放电的形成，柔性电极工作时产生大气压介质阻挡放电，利用尖端放电原理，微型凸起使得尖端放电更容易形成，更加有效的产生大密度均匀的等离子体放电，在整个柔性电极表面产生均匀的介质阻挡等离子体表面放电，从而有效的提高柔性电极放电效率，并且在微型凸起端部的导电膜层上紧密贴合一层绝缘层，在绝缘层与微型凸起的根部形成放电所需的间隙，由于柔性电极本身具有间隙的结构，其放电的均匀性受外界几何形状变化的影响很小，可以稳定的产生均匀的等离子体表面放电；而且由于尖端放电更容易形成，本实施例可以无需地电极，将绝缘层直接贴附在待处理物体表面，就可以在待处理物体与柔性电极之间产生等离子体放电；同时相对于没有设置微型凸起的电极，其产生的等离子体密度分布更加的均匀，能够更好的应用在等离子体表面处理、消毒杀菌、食品保鲜、伤口与病灶处理等领域。
附图说明
图1是本发明实施例的柔性电极的横截面结构示意图；
图2是本发明实施例的图1中A处的结构放大示意图；
图3是本发明实施例的柔性电极的爆炸示意图；
图4是本发明实施例的等离子体表面放电的装置的示意图；
其中：10、柔性电极；11、基底层；12、微型凸起，121、微阵列结构；13、导电膜层；14、绝缘层；20、装置；21、保护部件；22、电连接部件。
具体实施方式
这里所公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，并且是用于描述本发明的示例性实施例的目的。但是本发明可以通过许多替换形式来具体实现，并且不应当被解释成仅仅受限于这里所阐述的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。
下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明实施例一提供了一种等离子体表面放电的柔性电极10，包括：基底层11；绝缘层14，设在所述基底层11上；其中，所述基底层11和所述绝缘层14之间设有导电膜层13，所述基底层11与所述绝缘层14相对的一侧表面上设有若干用于引导所述导电膜层13产生等离子体表面放电的微型凸起12，所述导电膜层13覆盖设在所述微型凸起12的表面。
通过在基底层11的表面上设置微型凸起12，导电膜层13在微型凸起12的表面上覆盖设置，导电膜层13贴合在微型凸起12的表面形成与微型凸起12相同的凸起形状，相比于现有的平面形状的导电电极层更加有利于尖端放电的形成，柔性电极10工作时产生大气压介质阻挡放电，利用尖端放电原理，微型凸起12使得尖端放电更容易形成，更加有效的产生大密度均匀的等离子体放电，在整个柔性电极10表面产生均匀的介质阻挡等离子体表面放电，从而有效的提高柔性电极10放电效率，并且在微型凸起12端部的导电膜层13上紧密贴合一层绝缘层14，在绝缘层14与微型凸起12的根部形成放电所需的间隙，由于柔性电极10本身具有间隙的结构，其放电的均匀性受外界几何形状变化的影响很小，可以稳定的产生均匀的等离子体表面放电；而且由于尖端放电更容易形成，本实施例可以无需地电极，将绝缘层14直接贴附在待处理物体表面，就可以在待处理物体与柔性电极10之间产生等离子体放电；同时相对于没有设置微型凸起12的电极，其产生的等离子体密度分布更加的均匀，能够更好的应用在等离子体表面处理、消毒杀菌、食品保鲜、伤口与病灶处理等领域。
可选的，柔性电极10主体为以柔性绝缘电介质为基底的片状结构，片状柔性电极10可以根据其装置、用途、需要治疗的表面形状等各种条件进行加工成各种大小和平面几何尺寸；示例的，设计成面膜状，在治疗面部皮肤时能够更加便利地与面部病灶皮肤进行贴合；设计成脚掌形状，在治疗脚步皮肤时更好的进行贴合治疗。
其中，若干微型凸起12均匀间隔设置，通过均匀间隔设置的阵列化的微型凸起12，配合导电膜层13覆盖设在微型凸起12的表面的设置，使得该导电膜层13也具有阵列的凸起形状，导电膜层13可以在阵列排布的微型凸起12尖端同时产生等离子体放电，阵列式的放电组合在一起，就可以在大面积上产生均匀的等离子体放电，使得本实施例的方案具有放电效率高、等离子体密度分布均匀等优点。相邻两个微型凸起12的间距L1范围为0.3~2毫米，微型凸起12的高度H3范围为0.5~1.5毫米，将微型凸起12的间距范围控制在0.3~2毫米，配合绝缘层14与微型凸起12的根部即基底之间形成了放电所需的最佳间隙控制在0.5~1.5毫米，微型凸起12采用微米级几何尺度的阵列结构，其形成的间隙在电极表面也同样具有微米级几何尺度，且间隙分布均匀，能够保证更加高效率的放电效果，其产生的等离子体密度分布更加的均匀；并且由于微阵列结构121的微型凸起12具有相同的高度以及间隔距离，微型凸起12的尖端具有同样的高度，由于微阵列结构121的微型凸起12的尖端本身也具有柔性，可以产生微弯的形变，这样绝缘层14可以很容易的贴合在导电膜层13的尖端位置，只需要简单的压合就能够保证在尖端的导电膜层13与绝缘层14紧密贴合。
其中，基底层11、微型凸起12和绝缘层14采用柔性材料制作，使得整个柔性电极10的结构更简单柔韧性更好，与待处理物理表面的贴合性也更好；柔性材料包括硅聚二甲基硅氧烷、聚乳酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯、橡胶、硅胶、凝胶、聚酰亚胺中的一种或多种的组合，不同材料的柔韧性不同，基底层11、微型凸起12和绝缘层14可以根据应用场景、使用需求等因素选择合适的材料；可选的，基底层11、微型凸起12和绝缘层14都分别可以采用不同的柔性材料形成复合层结构，复合层结构中的相邻的两层采用不同的柔性材料，再配合每层材料的厚度合理控制，能够搭配制作出更多可供选择使用的柔韧性要求，从而更好的根据应用场景、使用需求等因素对柔性电极10进行适应性的生产改进；也可以将两种或多种柔性材料混炼形成符合柔韧性要求的复合材料。
其中，微型凸起12与基底层11一体化成型，使得柔性电极10结构更简单，能够进一步的降低生产难度和生产成本，省去了粘合的步骤，避免了粘合处的松脱，使得整个柔性电极10更加稳固可靠；当然，可以根据不同的使用条件和使用环境选择将微型凸起12分开制作然后在粘合在基底层11上。基底层11的厚度H2和绝缘层14的厚度H1范围为0.1~2毫米，将基底层11和绝缘层14的厚度控制在0.1~2毫米，能够有效的降低柔性电极10整体厚度，使得柔性电极10更加的轻薄柔软，使用更加的方便；而且还可以通过改变基底层11和绝缘层14的厚度来控制材料的柔韧性，根据不同的使用需求设置不同厚度的柔性电极10产品，进一步的提高市场的竞争力；同时柔性电极10的下表面为绝缘的电介质的基底层11，可以起到隔离高压电极的绝缘封装作用；这样一体化的结构使得本实施例的柔性电极10避免了金属夹层平面电极对整个结构柔韧性的影响，厚度更薄，结构更简单，与待处理物理表面的贴合性也更好。
其中，微型凸起12采用圆锥形或圆柱形的微阵列结构121，圆锥形或圆柱形微型凸起12的底面直径R1范围为0.3~1毫米，采用圆锥形的结构使得微型凸起12与导电膜层13接触的端部形成类似针尖的尖端，配合控制底面直径在0.3~1毫米的范围，能够保证更加能够保证更加高效率的放电效果，其产生的等离子体密度分布更加的均匀；采用圆柱形的结构使得微型凸起12与导电膜层13接触的端部形成尺度较小的平头圆形，能够在保证高效率的放电效果同时更好的对导电膜层13和绝缘层14进行支撑，使得绝缘层14与导电膜层13的贴合更加的稳固，进一步提高柔性电极10的耐用性。
本实施例可选的，微型凸起12采用棱锥形或棱柱形的微阵列结构121，棱锥形或棱柱形微型凸起12的底面上任意两个顶点的最长连线长度范围为0.3~1毫米，采用棱锥形的结构使得微型凸起12与导电膜层13接触的端部形成类似针尖的尖端，配合控制底面上任意两个顶点的最长连线长度在0.3~1毫米的范围，使得这个尺寸范围内都可以很好地产生放电效果，其产生的等离子体密度分布更加的均匀；采用棱柱柱形的结构使得微型凸起12与导电膜层13接触的端部形成平头多边形，能够在保证高效率的放电效果同时更好的对导电膜层13和绝缘层14进行支撑，使得绝缘层14与导电膜层13的贴合更加的稳固，进一步提高柔性电极10的耐用性。
本实施例可选的，微型凸起12采用圆台形或棱台形的微阵列结构121，圆台形或棱台形微型凸起12的底面上最长连线长度范围为0.3~1毫米，微型凸起12的顶面上最长连线长度范围为0.01~0.5毫米，采用圆台形或棱台形的微阵列结构121的微型凸起12，使得微型凸起12与导电膜层13接触的端部形成尺度较小的平头圆形或者多边形，将微型凸起12的顶面上最长连线长度控制在0.01~0.5毫米范围，能够有效的保证高效率的放电效果同时更好的对导电膜层13和绝缘层14进行支撑，使得绝缘层14与导电膜层13的贴合更加的稳固，只需要简单的压合就能够保证导电膜层13与绝缘层14紧密贴合。
其中，导电膜层13采用可用于镀膜的导电材料，采用可镀膜的导电材料形成导电膜层13，使得导电膜层13的厚度非常的薄，厚度范围保持在0.2毫米以内，代替现在广泛采用的金属薄片作为高压电极，镀膜形成的导电膜层13结构更简单柔韧性更好，避免了金属夹层电极对整个结构柔韧性的影响，可以更好的贴合在待处理物体表面，并且由于柔性电极10本身通过微型凸起12的支撑作用形成有间隙的结构，其放电的均匀性受外界几何形状变化的影响很小，可以稳定的产生均匀的等离子体表面放电；导电材料包括金、银、铜及其合金中的至少一种，采用真空镀膜的技术可以保证导电材料与微型凸起12和基底层11结合的稳固性。导电膜层13完全覆盖设在基底层11具有微型凸起12的一面，通过将导电膜层13完全覆盖设在基底层11具有微型凸起12的一面，使得柔性电极10的工艺流程进一步的简化，进而提高柔性电极10的生产效率；而且导电膜层13完全覆盖的设计使得柔性电极10可以直接批量生产更大尺寸的整片片材，后期根据制作需要进一步的切割成需要的形状也不会出现导电膜层13不能有效进行连接或断线的情况，能够好的适应不同市场的需要。
其中，绝缘层14的一侧与位于微型凸起12的端部的导电膜层13紧密贴合，绝缘层14的另一侧设有用于接地的电极层，电极层与导电膜层13相互配合设置，相互配合的电极层与导电膜层13，能够进一步的增强等离子体放电，电极层可选的采用平面设计或者根据需要做成落空的平面；由于柔性电极10本身具有微针阵列结构的微型凸起12所形成的间隙，在产生等离子体介质阻挡放电的过程中，放电的均匀性受外界待作用物体表面几何形状变化的影响很小，配合用于接地的电极层，能够非常稳定的获得分布均匀的等离子体表面放电，等离子体放电产生的高能活性粒子和基团可以广泛应用在空气净化，病菌消杀，食品保鲜，皮肤处理，外伤与病灶加速愈合等领域。
另一方面，本发明另一实施例提供一种等离子体表面放电的装置20，装置20包括保护部件21、电连接部件22以及上述的一种等离子体表面放电的柔性电极10，电连接部件22与导电膜层13电连接，保护部件21对柔性电极10进行绝缘封装。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种等离子体表面放电的柔性电极，其特征在于，包括：
基底层；
绝缘层，设在所述基底层上；
其中，所述基底层和所述绝缘层之间设有导电膜层，所述基底层与所述绝缘层相对的一侧表面上设有若干用于引导所述导电膜层产生等离子体表面放电的微型凸起，所述导电膜层覆盖设在所述微型凸起的表面。
2.如权利要求1所述的一种等离子体表面放电的柔性电极，其特征在于，若干所述微型凸起均匀间隔设置，相邻两个所述微型凸起的间距范围为0.3~2毫米，所述微型凸起的高度范围为0.5~1.5毫米。
3.如权利要求1所述的一种等离子体表面放电的柔性电极，其特征在于，所述基底层、所述微型凸起和所述绝缘层采用柔性材料制作，所述柔性材料包括硅聚二甲基硅氧烷、聚乳酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯、橡胶、硅胶、凝胶、聚酰亚胺中的一种或多种的组合。
4.如权利要求1所述的一种等离子体表面放电的柔性电极，其特征在于，所述微型凸起与所述基底层一体化成型，所述基底层和所述绝缘层的厚度范围为0.1~2毫米。
5.如权利要求1至4任一所述的一种等离子体表面放电的柔性电极，其特征在于，所述微型凸起采用圆锥形或圆柱形的微阵列结构，圆锥形或圆柱形所述微型凸起的底面直径范围为0.3~1毫米。
6.如权利要求1至4任一所述的一种等离子体表面放电的柔性电极，其特征在于，所述微型凸起采用棱锥形或棱柱形的微阵列结构，棱锥形或棱柱形所述微型凸起的底面上任意两个顶点的最长连线长度范围为0.3~1毫米。
7.如权利要求1至4任一所述的一种等离子体表面放电的柔性电极，其特征在于，所述微型凸起采用圆台形或棱台形的微阵列结构，圆台形或棱台形所述微型凸起的底面上最长连线长度范围为0.3~1毫米，所述微型凸起的顶面上最长连线长度范围为0.01~0.5毫米。
8.如权利要求1所述的一种等离子体表面放电的柔性电极，其特征在于，所述导电膜层采用可用于镀膜的导电材料，所述导电材料包括金、银、铜、锡及其合金中的至少一种，所述导电膜层覆盖设在所述基底层具有所述微型凸起的一面。
9.如权利要求1所述的一种等离子体表面放电的柔性电极，其特征在于，所述绝缘层的一侧与位于所述微型凸起的端部的所述导电膜层紧密贴合，所述绝缘层的另一侧设有用于接地的电极层，所述电极层与所述导电膜层相互配合设置。
10.一种等离子体表面放电的装置，其特征在于，所述装置包括保护部件、电连接部件以及权利要求1至9任一所述的一种等离子体表面放电的柔性电极，所述电连接部件与所述导电膜层电连接，所述保护部件对所述柔性电极进行绝缘封装。
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