CN113366922A - 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
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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,该电极装置具有:第一电极和第二电极,其中第一电极和第二电极彼此电绝缘并且通过介电元件彼此间隔开,其特征在于,第二电极具有化学镍金(ENIG)涂层,或化学镀镍钯浸金(ENEPIG)涂层,或化学镀镍浸钯浸金(ENIPIG)涂层,或化学镀钯(EP)涂层,或化学钯金(EPIG)涂层,和/或介电元件由玻璃纤维增强型碳氢陶瓷制成。
Description
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,其中电极是电绝缘的并且尤其是通过介电元件彼此隔开。这种电极装置或由这种电极装置产生的非热等离子体的典型用途见于消毒或灭菌、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、治疗皮肤刺激,以及治疗细菌性、病毒性和真菌性皮肤病等领域。另一种可能的应用是更新纺织品和/或服装,而不是洗涤它们或作为洗涤它们的附加。
可以使用不同的方法来更新纺织品和/或服装。
一种可能性是掩盖恶臭(通过合适的更好的气味或香水),但这并不能去除气味分子或恶臭的来源。
去除恶臭的来源(例如细菌),但这不会去除现有的气味分子,而是停止添加新的恶臭(前提是所有细菌都被永久灭活)。由于细菌在优选区域(例如腋窝)中的数量通常在5分钟内翻倍,因此仅在1小时后就会补充3数量级减少至千分之一(1/1000),因此必须频繁地重复抗菌方法。
通过化学作用破坏恶臭分子,特别是使用臭氧,但由于其毒性,在对恶臭分子进行化学氧化后,必须将其从空气中再次过滤掉。此外,反应很慢,需要很长的相互作用时间(臭氧分子的热运动速度仅为每秒大约200米)。
通过洗涤去除恶臭分子和来源,其中这是一个标准过程,部分是机械的,部分是化学的。这在许多情况下都很有效,但它需要时间、成本高、碳足迹高(能源),并且通常需要使用洗衣机——这并不总是可行的(例如在旅行中)。另一个问题是并非所有纺织品或服装都可以洗涤,因为它们在洗涤过程中会变质甚至损坏。此外,低于40℃的洗涤不会去除恶臭源(细菌),甚至可能会促进它们的生长。
对于通过干洗去除恶臭,与洗涤适用的论点基本相同。此外,干洗剂,特别是化学剂,也可能对一些纺织品和/或服装产生负面影响。
传统的电极装置只能在相对较高的电压振幅下有效运行,因此,出于电气安全的原因,很难将它们移到离待处理表面足够近的位置,例如人体皮肤。此外,传统的电极装置被设计得比较大并且特别是刚性的,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灵活使用。
发明内容
本发明的目的是创造一种电极装置,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。
通过创建独立权利要求的主题来实现该目的。有利的实施例将从从属权利要求中变得明显。
特别是通过创建用于产生非热等离子体,特别是用于表面、多孔材料和织物的更新的电极装置来实现该目的,具有第一电极和第二电极,其中第一电极和第二电极彼此电绝缘并通过介电元件彼此隔开,其特征在于,第二电极具有化学镍金(ENIG)涂层,或化学镀镍钯浸金(ENEPIG)涂层,或化学镀镍浸钯浸金(ENIPIG)涂层,或化学镀钯(EP)涂层,或化学钯金(EPIG)涂层,和/或介电元件由玻璃纤维增强型碳氢陶瓷制成。特别优选的是,第二电极可以与待处理的表面、多孔材料和织物以及非热等离子体接触。因此,可以获得的优点是,电极装置允许在室温和大气压下产生大量等离子体,峰间电压小于5kV。并且,电极装置具有不变色的低磨损电极材料(面向待处理的纺织品和/或衣服的表面)。此外,如果经处理的表面是多孔的或纤维状的(例如纺织品或衣服),则提供了一种允许电子与处理过的表面直接接触并穿透经处理的表面的电极装置。
电极装置特别地被配置用于产生表面微放电。
如果在两个电极上施加电势差,特别是交流电压,则会在电极装置的活性表面上形成表面微放电,进而导致在活性表面区域内产生非热等离子体。
为此,第一电极和第二电极特别地设计为功率电极。
第一电极和第二电极优选地重叠布置,即,特别是第一电极和第二电极在彼此偏移的两个平面上重叠布置,或者第一电极和第二电极通过介电元件彼此隔开,特别地以夹层状堆叠的形式彼此隔开。因此,当在两个电极之间施加电势差时,可以通过垂直于电介质表面的电压产生电场。
就本发明而言,术语“介电元件”应理解为表示给定长度、给定宽度和给定厚度的片状非导电层,将第一电极和第二电极彼此分开并定义电极装置的整体尺寸。
就本发明而言,术语“第一电极”应理解为表示给定长度、给定宽度和给定厚度的均匀优选片状导电元件。
就本发明而言,术语“第二电极”应被理解为表示结构化的导电元件,优选地包括给定长度、给定宽度和给定厚度的至少一条线。此外,线可以是例如单向的、平行的、弯曲的或分段的(梳状的)。优选地,至少一条线的所有线的组合长度大于至少一条线的宽度或厚度。
此外,在替代实施例中,第二电极优选地设计为反向第二电极,其中优选地,反向第二电极包括片状结构。特别地,反向第二电极包括位于反向第二电极中,优选地位于反向第二电极的中心的开切口。就本发明而言,与术语“反向第二电极”相关的术语“开口长度”和“开口宽度”应被理解为表示开切口的尺寸。换言之,术语“开口长度”和“开口宽度”优选地是指开切口的长度和宽度。微放电发生在这个开切口内的边缘。与术语“反向第二电极”相关的术语“长度”和“宽度”应理解为表示反向第二电极的长度,特别是总长度,以及宽度。与术语“反向第二电极”相关的术语“厚度”保留其先前引入的与“第二电极”的“厚度”相关的含义。
电极装置的一个示例性实施例是优选的,其特征在于,在电极彼此间隔的方向上观察,第一电极的厚度为至少10μm至至多50μm,优选为35μm,和/或在电极彼此间隔的方向上观察,第二电极的厚度为至少10μm至至多50μm,或35μm的厚度,和/或介电元件的厚度为至少100μm至至多300μm,优选为至少220μm至至多280μm,优选为至少250μm至至多260μm,和/或第二电极包括至少一个电极段,优选地,长度为4cm至30cm,其中优选地,两个或更多个电极段平行布置或几乎平行布置,和/或第二电极的ENIG涂层或ENEPIG涂层或ENIPIG涂层或EP涂层或EPIG涂层的厚度为至少0.3μm至至多10μm,优选为至少3μm至至少7μm,和/或第二电极具有两个或更多个相对彼此可移动的电极段,和/或第二电极是柔性的,使得第二电极适合于与第二电极接触的表面的形状。
在本申请的上下文中,电极厚度的细节总是指电极的厚度而没有任选存在的涂层厚度。换言之,电极厚度不包括可选的涂层厚度。
在一个优选的示例性实施例中,第二电极的ENIG涂层的总厚度为至少3μm至至多8μm,优选为至少4μm至至多7μm,最优选为至少5μm至至多6μm,ENIG涂层的镍层的总厚度优选为至少2.5μm至至多7μm,优选为至少4μm至至多6μm,最优选为5μm,以及ENIG涂层的金层的总厚度优选为至少0.04μm至至多0.15μm,优选为至少0.08μm至至多0.11μm,最优选为0.09μm。
在本申请的上下文中,关于电极和/或涂层的厚度的细节应当优选地被理解为考虑到由于制造公差而产生的正/负10%的偏差,优选为5%,更优选为1%。
在一个优选的示例性实施例中,第二电极的ENEPIG涂层的总厚度为至少3μm至至多8μm,优选为至少4μm至至多7μm,最优选为至少5μm至至多6μm,并且ENEPIG涂层的镍层的总厚度优选为至少2.5μm至至多7μm,优选为至少4μm至至多6μm,最优选为5μm,以及ENEPIG涂层的钯层的总厚度优选为至少0.05μm至至多0.3μm,优选为至少0.1μm至至多0.25μm,最优选为0.175μm,以及ENEPIG涂层的金层的总厚度优选为至少0.03μm至至多0.1μm,优选为至少0.05μm至至多0.08μm,最优选为0.065μm。
在一个优选的示例性实施例中,第二电极的ENIPIG涂层的总厚度为至少3μm至至多8μm,优选为至少4μm至至多7μm,最优选为至少5μm至至多6μm,并且ENIPIG涂层的镍层的总厚度优选为至少2.5μm至至多7μm,优选为至少4μm至至多6μm,最优选为5μm,以及ENIPIG涂层的钯层的总厚度优选为至少0.01μm至至多0.1μm,优选为至少0.04μm至至多0.07μm,最优选为0.06μm,以及ENIPIG涂层的金层的总厚度优选为至少0.03μm至至多0.1μm,优选为至少0.05μm至至多0.08μm,最优选为0.07μm。
在一个优选的示例性实施例中,第二电极的EP涂层的总厚度为至少0.1μm至至多0.2μm,优选为至少0.14μm至至多0.16μm,最优选为0.15μm。
在一个优选的示例性实施例中,第二电极的EPIG涂层的总厚度为至少0.13μm至至多0.3μm,优选为至少0.18μm至至多0.25μm,最优选为至少0.2μm至至多0.23μm,并且EPIG涂层的钯层的总厚度优选为至少0.1μm至至多0.2μm,优选为至少0.13μm至至多0.17μm,最优选为0.15μm,并且EPIG涂层的金层的总厚度优选为至少0.03μm至至多0.1μm,优选为至少0.05μm至至多0.08μm,最优选为0.06μm。
在一个优选的示例性实施例中,第二电极的长度,优选地总长度,为至少5mm至至多300mm,优选为至少25mm至至多250mm,优选为至少50mm至至多200mm,优选为至少75mm至至多150mm,优选为至少100mm至至多125mm。
特别优选的是,对于移动应用,第二电极的长度,优选地总长度,为至少5mm至至多100mm,优选为至少30mm至至多70mm。
特别优选的是,对于家庭应用,第二电极的长度,优选地总长度,为至少50mm至至多300mm,优选为至少100mm至至多250mm。
在一个优选的示例性实施例中,第二电极的宽度为至少0.1mm至至多2mm,优选为至少0.15mm至至多1.5mm,优选为至少0.2mm至至多1mm,优选为至少0.25mm至至多0.5mm。
在一个优选的示例性实施例中,第二电极的组合宽度为至少0.1mm至至多75mm,优选为至少1mm至至多70mm,优选为至少5mm至至多60mm,优选为至少10mm至至多50mm,优选为至少15mm至至多25mm。
在一个优选的示例性实施例中,第二电极设计为反向第二电极。特别优选的是,反向第二电极具有与第一电极重叠至少2mm的宽度和长度。此外,反向第二电极优选地包括位于反向第二电极的中心的开切口。反向第二电极的开切口优选地包括比第一电极的长度小至少8mm,宽度至少为2mm的延伸部,其中最大宽度比第一电极的宽度小至多8mm,特别是比第一电极的总宽度小至多8mm。
特别优选的是,对于移动应用,反向第二电极的长度,优选地总长度,为至少4cm至至多10cm,优选为至少6cm至至多8cm。
特别优选的是,对于家庭应用,反向第二电极的长度,优选地总长度,为至少10cm至至多30cm,优选为至少15cm至至多20cm。
在一个优选的示例性实施例中,反向第二电极的宽度,优选地总宽度,为至少5mm至至多10mm。
电极装置的一个示例性实施例是优选的,其特征在于,第一电极具有化学镍金(ENIG)涂层,或化学镀镍钯浸金(ENEPIG)涂层,或化学镀镍浸钯浸金(ENIPIG)涂层,或化学镀钯(EP)涂层,或化学钯金(EPIG)涂层。
在一个优选的示例性实施例中,第一电极的ENIG涂层的总厚度为至少3μm至至多8μm,优选为至少4μm至至多7μm,最优选为至少5μm至至多6μm,以及ENIG涂层的镍层的总厚度优选为至少2.5μm至至多7μm,优选为至少4μm至至多6μm,最优选为5μm,以及ENIG涂层的金层的总厚度优选为至少0.04μm至至多0.15μm,优选为至少0.08μm至至多0.11μm,最优选为0.09μm。
在一个优选的示例性实施例中,第一电极的ENEPIG涂层的总厚度为至少3μm至至多8μm,优选为至少4μm至至多7μm,最优选为至少5μm至至多6μm,并且ENEPIG涂层的镍层的总厚度优选为至少2.5μm至至多7μm,优选为至少4μm至至多6μm,最优选为5μm,以及ENEPIG涂层的钯层的总厚度优选为至少0.05μm至至多0.3μm,优选为至少0.1μm至至多0.25μm,最优选为0.175μm,以及ENEPIG涂层的金层的总厚度优选为至少0.03μm至至多0.1μm,优选为至少0.05μm至至多0.08μm,最优选为0.065μm。
在一个优选的示例性实施例中,第一电极的ENIPIG涂层的总厚度为至少3μm至至多8μm,优选为至少4μm至至多7μm,最优选为至少5μm至至多6μm,并且ENIPIG涂层的镍层的总厚度优选为至少2.5μm至至多7μm,优选为至少4μm至至多6μm,最优选为5μm,以及ENIPIG涂层的钯层的总厚度优选为至少0.01μm至至多0.1μm,优选为至少0.04μm至至多0.07μm,最优选为0.06μm,以及ENIPIG涂层的金层的总厚度优选为至少0.03μm至至多0.1μm,优选为至少0.05μm至至多0.08μm,最优选为0.07μm。
在一个优选的示例性实施例中,第一电极的EP涂层的总厚度为至少0.1μm至至多0.2μm,优选为至少0.14μm至至多0.16μm,最优选为0.15μm。
在一个优选的示例性实施例中,第一电极的EPIG涂层的总厚度为至少0.13μm至至多0.3μm,优选为至少0.18μm至至多0.25μm,最优选为至少0.2μm至至多0.23μm,以及EPIG涂层的钯层的总厚度优选为至少0.1μm至至多0.2μm,优选为至少0.13μm至至多0.17μm,最优选为0.15μm,以及EPIG涂层的金层的总厚度优选为至少0.03μm至至多0.1μm,优选为至少0.05μm至至多0.08μm,最优选为0.06μm。
在一个优选的示例性实施例中,第一电极的长度,优选地总长度,为至少5mm至至多300mm,优选为至少25mm至至多250mm,优选为至少50mm至至多200mm,优选为至少75mm至至多150mm,优选为至少100mm至至多125mm。
特别优选的是,对于移动应用,第一电极的长度,优选地总长度,为至少5mm至至多100mm,优选为至少30mm至至多70mm。
特别优选的是,对于家庭应用,第一电极的长度,优选地总长度,为至少50mm至至多300mm,优选为至少100mm至至多250mm。
在一个优选的示例性实施例中,第一电极的宽度,优选地总宽度,为至少0.1mm至至多75mm,优选为至少1mm至至多70mm,优选为至少5mm至至多60mm,优选为至少10mm至至多50mm,优选为至少15mm至至多25mm。
特别优选的是,对于移动应用,第一电极的宽度,优选地总宽度,为至少0.1mm至至多10mm,优选为至少3mm至至多7mm。
特别优选的是,对于家庭应用,第一电极的宽度,优选地总宽度,为至少5mm至至多30mm,优选为至少10mm至至多200mm。
在一个优选的示例性实施例中,第二电极可以与经处理的表面、处理过的多孔材料或处理过的织物接触并且电连接到导电表面,特别是金属表面,该导电表面与电极装置的用户接触,使得电极具有与用户相同的电势。优选地,第二电极通过带或环与用户电连接。因此,可以显著提高电气安全性。
因此,显而易见的是,导电表面优选地是包含电极装置的外壳的一部分。
优选地选择第一电极的厚度的下限以最小化电阻损失。
因此,电极装置优选设计为柔韧的,尤其是柔性的。
介电元件特别地布置在第一电极和第二电极之间,使得,一方面,电极彼此几何隔开,另一方面,通过介电元件彼此电绝缘。特别地选择该布置使得第一电极与介电元件物理接触,其中在第一电极和介电元件之间不提供气隙,其中第二电极与介电元件物理接触,其中在第二电极和介电元件之间不提供气隙。
因此,第一电极、介电元件和第二电极优选地形成堆叠,其中介电元件使电极彼此间隔的方向对应于堆叠方向。相应地,在堆叠方向上测量上述厚度。非热等离子体特别地应被理解为是这样的等离子体,其中描述等离子体的电子动能分布的温度,也称为电子温度,与描述由等离子体组成的离子的动能分布的温度(也被称为离子温度)不相同,特别是远高于描述由等离子体组成的离子的动能分布的温度,由等离子体组成的离子特别是原子离子或分子离子。电子温度在几个eV的范围内明显高于离子温度。离子温度通过离子与中性气体或空气分子之间的碰撞迅速降低(气体或空气仅部分电离,剩余大量中性成分)。部分电离的等离子体则具有离子温度,该温度特别是可以在25℃(或略高于室温)至至多100℃的范围内选择。鉴于离子温度相对较低,这种等离子体也被称为“冷等离子体”。
在这种情况下,等离子体特别指一种材料状态,在这种状态下,具有相反电荷的带电粒子在气相中彼此相邻存在,其中在特定体积上平均,所考虑的体积产生中性电荷。等离子体还优选地包括处于电子激发态、振动激发态或旋转激发态的非带电原子和非带电分子,它们也被称为激发粒子和/或自由基,总体而言,特别是非带电的反应原子和/或非带电的反应分子,它们也被称为活性粒子或活性物质。
电极装置的一个示例性实施例是优选的,其特征在于,第二电极在背离介电元件的一侧上具有介电覆盖元件,从堆叠方向上观察,该介电覆盖元件的厚度为至少0.2μm至至多30μm。介电覆盖元件用于保护第二电极免受损坏,特别是免受化学腐蚀或机械腐蚀,并且同时防止经处理的表面与第二电极之间的直接接触。鉴于介电覆盖元件的非常薄的设计,电极装置优选地是柔韧的,尤其是柔性的,即使其具有介电覆盖元件时也是如此。
在一个优选的示例性实施例中,介电覆盖元件设计为涂层,其中特别地,第二电极涂覆有介电覆盖元件。
电极装置优选地被配置成使得从介电元件观察,非热等离子体在第二电极的侧面产生,特别是在第二电极的表面上产生,或者在介电覆盖元件的背离第二电极的表面上产生。
介电覆盖元件特别用作保护涂层,特别是用于为操作者和/或为用非热等离子体处理的部件保证电极装置的电气安全。
必须选择介电元件的厚度与介电覆盖元件的厚度的比率,以便能够产生等离子体,特别是保证等离子体的产生,其中同时不超过介电元件的击穿电势。利用各种材料进行的测量已经揭示了,与指导原则类似,介电元件的厚度与介电覆盖元件的厚度的比率优选地至少为10,优选地至少为100,优选地至少为500至至多2500。
电极装置的一个示例性实施例是优选的,其特征在于,第一电极在背离介电元件的一侧上具有介电基底元件。在介电基底元件的辅助下,优选地可以防止或抑制从第一电极进行的电晕放电,否则会降低电极装置的效率。此外,介电基底元件降低了爬电电流的风险并提高了安全性,尤其是电气安全性。优选地选择在堆叠方向上测量的介电基底元件的厚度,使得,一方面有效且高效地、优选地完全抑制从第一电极开始的电晕放电,其中另一方面,电极装置整体保持是柔韧的,尤其是柔性的。介电基底元件的厚度特别可能为至少1μm至至多250μm,优选为至多30μm。
介电基底元件优选地设计为平的并且优选地沿着第一电极的整体延伸部延伸。在优选的实施例中,介电基底元件设计为涂层,其中第一电极尤其在其背离介电元件的一侧涂覆有介电基底元件。
电极装置的一个示例性实施例是优选的,其特征在于,从第一电极和第二电极中选择的至少一个电极具有选自铜、银、金、铁和铝的材料或包含选自铜、银、金、铁和铝的材料。其他导电材料,特别是金属或准金属也可以用于至少一个电极。还可以由金属合金制造第一电极和第二电极中的至少一个,特别是具有上述元素中的至少一种的合金。电极包括导电材料或由导电材料组成,优选具有最小电阻,这一点是重要的。
电极装置的一个示例性实施例也是优选的,其特征在于,选自介电元件、介电覆盖元件和介电基底元件的至少一个元件具有一种材料或包含一种材料,其中该材料选自氮化硅(SiN)、硅酸盐,特别是石英(SiO2)、热固性化合物、非导电化合物、玻璃以及塑料(特别是聚酰胺)。其他无机材料或有机材料也可用于至少一个元件。重要的是所选材料具有介电特性,特别是设计为是非导电的,特别是作为电绝缘体。
电极装置的一个示例性实施例也是优选的,其特征在于,介电元件具有一种材料或包含一种材料,其中该材料选自玻璃纤维增强型碳氢陶瓷复合材料的组,特别是包括罗杰斯(Rogers)4350B。
对于特定产品,特别是品牌产品,例如罗杰斯4350B,其描述优选地被理解为表示在确定本申请的优先权之日可从产品的制造商和/或零售商处获得的产品和/或材料。
电极装置的一个示例性实施例是优选的,其特征在于,第一电极设计为平的。特别优选地,第一电极设计为层状电极或叶状电极。这使得所产生的等离子体能够均匀分布,输出分布特别均匀,并减少不需要的杂散电容。
一个优选的示例性实施例提供的是,第二电极设计为是结构化的。特别地,第二电极尤其可以根据其几何结构来定制以满足电极装置的特定要求,尤其是电极装置的特定用途。
电极装置的一个优选示例性实施例提供的是,第二电极具有梳状结构。特别地,这表示这样一种结构,其中第二电极具有支柱元件,优选为细长的支柱元件,从该支柱元件出发,优选多个电极分支延伸,这些电极分支彼此平行定向并且电连接到支柱元件。第二电极也可以具有线性结构,其中该线性结构具有至少一条直线。优选地,线性结构具有多条线,这些线具体地彼此平行布置并且彼此电连接。
第二电极也可以具有缠绕结构,特别是波浪结构。尤其可以将第二电极设计为波浪线。还可以优选地提供第二电极具有彼此平行布置的多个波浪线,这些波浪线彼此电连接。特别地,第二电极也可能是梳状结构,其中从支柱元件出发的电极分支以波浪线的形式延伸并且电连接到支柱元件并且优选地定向为彼此平行。
第二电极也可以具有螺旋结构,特别是圆形螺旋形式或角螺旋的形式,或者第二电极具有曲折结构。
如果第二电极具有一条线或多条线,例如呈波浪线或直线的形式,或者呈螺旋线或曲折线的形式,则第二电极的这种线的宽度优选为至少为250μm至至多1000μm。已经证明,这种宽度一方面对于电气布置的电特性和所产生的等离子体的特性是特别有利的,以及另一方面对于电极装置的柔韧性和柔性是特别有利的。
一个优选的示例性实施例提供的是,第二电极具有带有至少一个凹部的平面结构,其也被称为反向第二电极。这尤其意味着第二电极设计为平的,其中它具有至少一个凹部,优选地具有至少一个穿孔,特别是在其表面中。在这种情况下,可以产生表面微放电,特别是在至少一个凹部中产生表面微放电。表面微放电特别是在至少一个凹部的边缘处产生。
从测试和模拟研究表明,至少一个凹部的边缘优选地相对于彼此具有至少0.5mm的距离,并且优选地大于0.5mm。特别地,至少一个凹部优选地具有至少0.5mm的宽度,优选地大于0.5mm。
电极装置的数值模拟和广泛的实验研究表明,在第二电极中的这种凹部的边缘处的电场具有约30μm至50μm的延伸。正是这个电场引发了微放电。因此,在这种凹部的两个相对边缘处,微放电可以在两个区域中产生,在每种情况下,垂直于边缘的延伸大约为1mm。为了防止放电之间的干扰,因此必须选择边缘之间的间距,其远大于单个微放电延伸的两倍,即大于2mm。
至少一个凹部优选地设计为类似于第二电极中的雕刻结构。
根据本发明的改进,垂直于堆叠方向的第一电极至少部分地、优选完全地突出超过第二电极的边。在这种情况下,表面也可以在外边缘产生微放电,即第二电极的外周线或边缘。
可替代地或另外地,在垂直于堆叠方向观察时,第一电极可以至少部分地具有比第二电极更小的延伸,从而第二电极至少部分地、优选完全地在该方向上突出超过第一电极。在这种情况下,至少在第二电极横向突出超过第一电极的地方,即垂直于堆叠方向,在第二电极的外围边缘处可能不会产生微放电。
在垂直于堆叠方向观察时,介电元件优选地延伸超出两个电极的外周线,即第一电极的外周线和第二电极的外周线。
此外,第二电极可以布置在介电元件上,特别是沉积在其上,例如通过物理气相沉积等。然而,第二电极也可以嵌入介电元件中。
此外,第一电极可以布置在介电元件下方,特别是沉积在下方,例如通过物理气相沉积等。然而,第一电极也可以嵌入介电元件中。
可替代地或另外地,介电覆盖元件优选地设计为平的,其中它优选地完全容纳或封装第二电极并且因此保护第二电极免于与待处理的表面接触以及免受损坏,特别是化学腐蚀或机械腐蚀。
可替代地或另外地,介电基底元件优选地设计为平的,并且因此尤其保护第一电极的两侧中背离第二电极的一侧免受外部影响。
还通过创建用于产生非热等离子体的等离子体源来实现该目的,该等离子体源具有电压源和根据上述示例性实施例之一的电极装置。电压源至少电连接到第一电极。结合等离子源,说明了关于电极装置的优点。
由于电压源至少电连接到第一电极,这具体意味着电压或电信号,特别是交流(AC)电压被施加到第一电极。
优选地,提供第二电极接地或通地。这增加了等离子体源的电气安全性,因为第二电极装置得比第一电极更靠近待处理的表面。例如,如果在弯曲柔性电极装置时发生断裂,并且第二电极的一部分离开介电覆盖元件,则当第二电极接地或通地时,第二电极的该部分接触经处理的表面,特别是患者的皮肤,是没有危险的。
在等离子体源的优选示例性实施例中,提供电压源也电连接到第二电极。特别优选地,第二电极通过电压源通地或接地。
或者,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或公共通地点,另一方面第二电源可以连接到公共接地点或公共通地点。
等离子体源的一个示例性实施例是优选的,其特征在于,可以将AC电压施加到第一电极,其中第二电极接地。如上所述,这可以通过电压源来实现,或在电压源的外部通过将第二电极接触到接地点或通地点来实现。
等离子体源的一个示例性实施例也是可能的,其中第二电极的部分不具有特定电势并且因此浮动。
等离子体源的一个示例性实施例是优选的,其特征在于,等离子体源,优选为电压源,被配置成产生交流电压,该交流电压具有从峰到峰至少0,5kV(也称为kVpp)至至多5kVpp的振幅,优选从至少1kVpp至至多4,5kVpp,优选从至少1,5kVpp至至多4kVpp,和/或至少10kHz至至多100kHz的频率,优选从至少20kHz至至多80kHz,优选地从至少30kHz至至多60kHz,优选地从至少40kHz至至多50kHz,优选为50kHz。考虑到电极装置的非常薄的设计,可以向第一电极施加具有相对低振幅的AC电压。这增加了等离子体表面的电气安全性并使待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。
等离子体源的一个示例性实施例是优选的,其特征在于,等离子体源,优选为电压源,被配置为产生交流功率,特别是等离子体功率,该交流功率对于第二电极的长度具有至少0.1瓦/厘米到1.0瓦/厘米的范围。功率水平直接转化为电子通量,它需要通过电子碰撞离解来更新织物并破坏织物中包含的恶臭分子。
等离子体源的一个示例性实施例是优选的,其特征在于,等离子体源,优选为电压源,被配置成,对于移动应用,提供优选地总的至少0.5W至至多5W的电等离子体功率,优选从至少1.0W至至多3W、优选从至少1W至至多2W。
等离子体源的一个示例性实施例是优选的,其特征在于,等离子体源优选为电压源,被配置成,对于家庭应用,提供优选地总的至少5W至至多50W的电等离子体功率,优选从至少10W至至多40W、优选从至少15W至至多30W。
等离子体源的一个示例性实施例是优选的,其特征在于,等离子体源,优选电压源,被配置为提供电极组件的至少0.1瓦/厘米至至多1瓦/厘米的电功率,也称为W/cm,优选从至少0.2W/cm至至多0.4W/cm。对于家庭应用和移动应用,适用相同的功率水平/cm范围。
电极实施例的非常薄的几何设计使得可以额外地或替代地选择高于最大音频频率的AC电压频率,即,特别是高于20kHz。这也得到特别促进,因为第一电极优选地设计为平的或设计为层状电极或叶状电极,这使电极装置的泄漏能力最小化。选择这种高于最大音频频率的高频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,尤其是在选择至少50kHz的频率时。这又允许等离子体源的进一步小型化,因为这种压电放大器可以设计得非常小。特别地,这种压电放大器可以具有大约2mm的厚度、大约8mm的宽度和大约50mm的长度。因此可以提供例如具有铅笔大小的等离子体源。归根结底,等离子体源本身不再受具有等离子体源的等离子体设备尺寸的限制;相反,如果它是便携式的、独立于电源的设备,则它具有为电压源供电的电存储设备的大小。特别是,电池的尺寸限制了相应设备可能的小型化。
特别地,等离子体源的一个示例性实施例是优选的,其特征在于,等离子体源,特别是电压源,具有压电放大器。这产生了用于小型化等离子体源的更小设计和改进的选项的上述优点。
这种压电放大器或压电变压器可以在大约50kHz的频率下最佳地运行,因为它们的谐振频率在这个范围内。此外,它们的最佳工作电压不超过3kVpp。考虑到它们防止以其他方式高损耗的低电容,并且考虑到它们在相对低的AC电压振幅下工作的可能性,两者都能够实现在此提出的电极装置。
可替代地或另外地,等离子体源的一个示例性实施例是优选的,其特征在于,等离子体源,特别是电压源,具有特斯拉线圈或谐振变压器或与线圈变压器组合的谐振变压器。
特别地,等离子体源的一个示例性实施例是优选的,其特征在于,等离子体源具有特斯拉线圈或谐振变压器或与线圈变压器组合的谐振变压器作为电压源或电布置在电压源和第一电极之间,并与电压源和第一电极电接触以用于放大施加到第一电极的AC电压。
最后通过创建一种操作等离子体源的方法来实现该目的,特别是用于对与待处理的材料相关的不期望的和/或有害的物质进行去活化/破坏/去除,其中,在方法的上下文中,通过电压源向根据上述示例性实施例之一的电极装置施加电压,和/或其中根据上述示例性实施例之一操作等离子体源。结合该方法,特别是实现了结合电极装置和/或等离子体源已经说明的优点。特别优选地,第二电极装置在待处理的织物或表面附近或与之接触。
特别地,在该方法的上下文中产生表面微放电。通过改变等离子体源的电参数,可以修改由表面微放电产生的等离子体的等离子体化学。
该方法的一个实施例是优选的,其特征在于,产生振幅为至少0.5kVpp至至多5kVpp的AC电压,优选从至少1kVpp至至多4.5kVpp,优选从至少1.5kVpp至至多4kVpp。特别是,这产生了在操作等离子体源时提高电气安全性的优点。
该方法的一个实施例也是优选的,其中,以至少10kHz至至多100kHz的频率产生AC电压,优选为至少20kHz至至多80kHz,优选为至少30kHz至至多60kHz,优选为至少40kHz至至多50kHz,优选为50kHz。一方面,这产生了在操作等离子体源时提高电气安全性的优点,另一方面,可以使用压电放大器的优点使等离子体源进一步小型化。
用于对物体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之一的电极装置和/或等离子体表面的表面,也是本发明的一部分。
此外,本发明还包括使用电极装置和/或等离子体源使与待处理的材料相关的气味相关分子失活,使过敏原、细菌、真菌或螨虫失活(尤其是关于家用设备)。
第一电极和第二电极优选地完全封装在非导电材料和/或介电材料中,这增加了电极装置的安全性。
总的来说,结合电极装置、等离子体源和方法还产生以下优点:
由于电极装置的非常薄的设计,它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。
可以使用允许减小放大器尺寸的小型电压源。
此外,例如在将直流(DC)电压转换为AC电压时,可以提高电压源的输出到工作电压的转换效率。
由于更高的电气安全性,可以减小等离子源所在的电极装置的外壳中的绝缘体材料的厚度,从而可以实现更小的安全距离(爬电电流限制)。
在发生事故或故障的情况下,对电极装置或等离子体源的操作者以及经处理的表面,特别是对使用者的皮肤的电击的风险被最小化。最大电流由所使用的电压和电阻决定。此外,在电流浪涌期间为电极装置或等离子体源提供中断和/或关闭,并提供针对泄露电流或爬电电流的保护。
鉴于增加的电气安全性和相应减少的安全要求,特别是电极装置的结构中,更大的设计自由度是可能的。
附图说明
下面将参考附图进一步解释本发明。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示例性实施例。
图3示出了根据本发明的电极装置的图像;
图4示出了在等离子体操作18小时之后根据图3的电极装置的图像;以及
图5示出了无需等离子体操作的根据图3或4的电极装置的图像。
具体实施方式
图1示出了被配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被配置为产生非热等离子体。
电极装置5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之间布置有介电元件11,使得第一电极7和第二电极9彼此电绝缘且由介电元件11间隔开。两个电极7、9和介电元件11形成堆叠,其中,从堆叠方向上观察,介电元件11设置在第一电极7上,以及第二电极9上设置在介电元件11上。
从堆叠方向上观察,第一电极7优选地具有至少10μm的第一厚度d1,其中,同样从堆叠方向上观察,第二电极9优选地具有至少10μm至至多50μm的第二厚度d2。从堆叠方向上观察,介电元件11具有至少100μm至至多300μm的第三厚度d3。
第二电极9具有镀镍浸金(ENIG)涂层10、或化学镀镍钯浸金(ENEPIG)涂层10、或化学镀镍浸钯浸金(ENIPIG)涂层10、或化学镀钯(EP)涂层10,或化学钯金(EPIG)涂层10,和/或介电元件11由玻璃纤维增强型碳氢陶瓷制成。
电极装置5相应地设计为薄层电极装置并且总体上具有非常薄的厚度。这使其总体上具有柔韧性,从而可以灵活地适应多种不同的用途,尤其是多种几何形状不同的待处理的表面。此外,电极装置5可以在低电压下工作,特别是在低于5kVpp的情况下,由于其非常薄的设计,这增加了等离子体源1的电气安全性。
第一电极7具有化学镍金(ENIG)涂层8,或化学镀镍钯浸金(ENEPIG)涂层8,或化学镀镍浸钯浸金(ENIPIG)涂层8,或化学镀钯(EP)涂层8,或化学钯金(EPIG)涂层8。
第二电极9在背离介电元件11的一侧上具有介电覆盖元件13,从堆叠方向上观察,该介电覆盖元件具有至少0.1μm至至多30μm的第四厚度d4。
介电覆盖元件13优选地设计为涂层,其中特别地,第二电极9涂覆有介电覆盖元件13或介电覆盖元件13的材料。由此,介质覆盖元件13优选地完全覆盖第二电极9。
第一电极7在背离介电元件11的一侧上具有介电基底元件15。这有利地被设计成平的,并且沿着第一电极7的整体延伸部延伸,因此在图1的底部完全覆盖第一电极7。因此,介电基底元件15非常有效地防止了可能从第一电极7进行的电晕放电,使得通过介电基底元件15提高电极装置5的效率。优选地选择介电基底元件15的第五厚度d5,以便一方面可靠地避免由第一电极7发射的电晕放电,其中另一方面,电极装置5设计为是整体柔韧的。
总体而言,堆叠电极装置5产生以下堆叠顺序:在介电基底元件15上,布置第一电极7,介电元件11布置在该第一电极7上。在介电元件11上布置有第二电极9,介电覆盖元件13布置在第二电极9上。
至少一个第一电极7和/或至少一个第二电极9优选地具有选自铜、银、金、铁和铝的材料。优选地,第一电极7和第二电极9中的至少一个包括上述材料。
其他导电材料也可用于电极7和电极9,特别是合金,特别优选基于上述元素中的至少一种。
介电覆盖元件13和/或介电基底元件15优选地具有选自以下各项的材料:SiN、硅酸盐,特别是SiO2、玻璃以及塑料,特别是聚酰胺。前述元件中的至少一种也可以包括前述材料中的一种。其他无机材料或有机材料也可以用于上述元件,只要它们具有介电特性,尤其是电绝缘特性。
第一电极7优选地设计为平的,特别是设计为层状电极或叶状电极。
第二电极9优选地设计为结构化的。特别地,在图1所示的示例性实施例中,第二电极9具有多个线性部分电极17。第二电极9的结构可以特别地针对电极装置5的特定设计用途而定制。
电压源3特别地电连接到第一电极7,其中AC电压可以被施加到第一电极7。第二电极9优选地接地或通地。在此处描述的示例性实施例中,电极7和电极9都通过放大器19与电压源3电连接。放大器19优选地设计为压电放大器。
电极装置5优选地以振幅为至少0.5kVpp至至多5kVpp的AC电压运行,优选为从至少1kVpp至至多4.5kVpp,优选为从至少1.5kVpp至至多4kVpp。AC电压优选地具有至少10kHz至至多100kHz的频率,优选为从至少20kHz至至多80kHz、优选为从至少30kHz至至多60kHz、优选为从至少40kHz至至多50kHz,优选为50kHz。
图2示出了电极装置5的多个不同的示例性实施例,其中以平面图示意性地描绘了平的第一电极7和结构化的第二电极9。此外,图2a)至图2f)中所示的第二电极9均具有化学镍金(ENIG)涂层10、或化学镀镍钯浸金(ENEPIG)涂层10、或化学镀镍浸钯浸金(ENIPIG)涂层10,或化学镀钯(EP)涂层10,或化学钯金(EPIG)涂层10。
在图2a)中描绘的第二电极9具有梳状结构,其中,多条直线相互平行排列,相互电连接,并从图2a)中的公共支柱元件21开始向右延伸。
在图2b)中,第二电极9也具有梳状结构,其中,蛇形部分电极从公共支柱元件21开始彼此平行延伸。单独的部分电极通过公共支柱元件21彼此电连接。
在图2c)中,第二电极9也具有线性结构,但是以有角度的锯齿线运行的路径的形式延伸。
在图2d)中,第二电极9具有角螺旋形状。
在图2e)中,第二电极9具有圆形螺旋形状,特别是环形螺旋形状。
最后,图2f)中的第二电极9具有曲折结构。
此外,通过以下实验测试对本发明进行了说明:
图3示出了根据本发明的电极装置5的图像,特别是在长期测试开始时的初始等离子体发射。第二电极9形成为直线并且包括铜,并且从堆叠方向上观察具有35μm的厚度。此外,第二电极9具有ENIG涂层10,其镍层的厚度为至少3至至多6μm且金层的厚度为至少0.05μm至至多0.1μm。介电元件11包括Rogers 4350B并且具有254μm的厚度。
图4示出了在等离子体操作18小时之后根据图3的电极装置5的图像。
图5示出了无需等离子体操作的根据图3或图4的电极装置的图像。仅能看到外观上的细微的变化迹象,这不会影响电极装置5的可操作性。对于每次1分钟的典型除臭应用,电极装置5即使在应用超过1000次或至少使用3年后仍保持良好状态。
Claims (16)
1.一种用于产生非热等离子体的电极装置,具有:
-第一电极和第二电极,其中,
-所述第一电极和所述第二电极彼此电绝缘并且通过介电元件彼此间隔开,其特征在于,
-所述第二电极具有化学镍金(ENIG)涂层,或化学镀镍钯浸金(ENEPIG)涂层,或化学镀镍浸钯浸金(ENIPIG)涂层,或化学镀钯(EP)涂层,或化学钯金(EPIG)涂层,和/或
-所述介电元件由玻璃纤维增强型碳氢陶瓷制成。
2.根据权利要求1所述的电极装置,其特征在于,
-在电极彼此间隔的方向上观察,所述第一电极的厚度为至少10μm至至多50μm,优选为35μm,和/或
-在电极彼此间隔的方向上观察,所述第二电极的厚度为至少10μm至至多50μm,或总厚度为35μm,和/或
-所述介电元件的厚度为至少100μm至至多300μm,优选为至少220μm至至多280μm,优选为至少250μm至至多260μm,和/或
-所述第二电极包括至少一个电极段,优选地,所述电极段的长度为4cm至30cm,其中,优选地,两个或更多个电极段平行布置或接近平行地布置,和/或
-所述第二电极的ENIG,或ENEPIG,或ENIPIG,或EP,或EPIG涂层的厚度为至少0.3至至多10μm,优选为至少3至至多7μm,和/或
-所述第二电极具有两个或更多个相对于彼此可移动的电极段,和/或第二电极是柔性的,使得所述第二电极能适合于与所述第二电极接触的表面的形状。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电极装置,其特征在于,介电覆盖元件设置在所述第二电极的背离所述介电元件的一侧,其中,在所述电极的堆叠方向上观察,所述覆盖元件的厚度优选为至少0.2μm至至多30μm。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电极装置,其特征在于,介电基底元件设置在所述第一电极的背离所述介电元件的一侧。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电极装置,其特征在于,选自所述第一电极和所述第二电极的至少一个电极具有选自铜、银、金和铝的材料或包含选自铜、银、金和铝的材料。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电极装置,其特征在于,选自所述介电覆盖元件和所述介电基底元件的至少一个元件具有选自氮化硅、硅酸盐,特别是石英、玻璃以及塑料,特别是聚酰胺的材料,或包含选自氮化硅、硅酸盐,特别是石英、玻璃以及塑料,特别是聚酰胺的材料。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电极装置,其特征在于,所述第一电极设计为平的,优选为片状或片状延伸,和/或所述第二电极设计为结构化的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电极装置,其特征在于,所述第二电极具有梳状结构,具有至少一个假想线的线性结构,优选为具有多个特别是彼此平行布置且彼此电连接的直线元件,具有缠绕结构,特别是蛇形结构、螺旋结构、曲折结构,或具有至少一个凹部的平面结构。
9.一种用于产生非热等离子体的等离子体源,具有电压源和根据前述权利要求中任一项所述的电极装置,其中,所述电压源至少电连接到所述第一电极。
10.根据权利要求9所述的等离子体源,其特征在于,所述电压源适于向所述第一电极施加交流电压,其中,所述第二电极优选地接地或通地。
11.根据权利要求9和10中任一项所述的等离子体源,其特征在于,所述等离子体源被配置为产生振幅为至少0.5kVpp至至多5kVpp的交流电压,优选为从至少1kVpp至至多4.5kVpp,优选为从至少1.5kVpp至至多4kVpp,和/或所述交流电压的频率为至少10kHz至至多100kHz,优选为从至少20kHz至至多80kHz,优选为从至少30kHz至至多60kHz,优选为从至少40kHz至至多50kHz,优选为50kHz。
12.根据权利要求9和11中任一项所述的等离子体源,其特征在于,所述等离子体源具有压电放大器作为所述电压源或电布置在所述电压源和所述第一电极之间并与所述电压源和所述第一电极电接触以用于放大施加到所述第一电极上的交流电压。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的等离子体源,其特征在于,所述等离子体源具有特斯拉线圈或谐振变压器或与线圈变压器组合的谐振变压器作为所述电压源或电布置在所述电压源和所述第一电极之间并与所述电压源和所述第一电极电接触以用于放大施加到所述第一电极上的交流电压。
14.根据权利要求9和13中任一项所述的等离子体源,其特征在于,优选等离子体源,其特征在于,所述等离子体源,优选为电压源,被配置为提供电极组件的至少0.1瓦/厘米至至多1瓦/厘米的电功率,也称为W/cm,优选从至少0.2W/cm至至多0.4W/cm。
15.一种用于对与待处理的材料相关的不期望的和/或有害的物质进行去活化/破坏/去除的方法,其中,通过电压源将电压施加到根据权利要求1至8中任一项所述的电极装置,和/或其中,操作根据权利要求9至13之一所述的等离子体源。
16.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述等离子体源以振幅为至少0.5kVpp至至多5kVpp的交流电压操作,优选为从至少1kVpp至至多4.5kVpp,优选为从至少1.5kVpp至至多4kVpp,和/或所述交流电压的频率为至少10kHz至至多100kHz,优选为从至少20kHz至至多80kHz,优选为从至少30kHz至至多60kHz,优选为从至少40kHz至至多50kHz,优选为50kHz。
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