CN113556855A - 一种三电极双源激励等离子体发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三电极双源激励等离子体发生装置，包括内管固定卡套、外管固定卡套、外石英管和内石英管，外管固定卡套和内管固定卡套螺纹穿插连接，外石英管的顶部套接在外管固定卡套的底部，内石英管的顶部套设在内管固定卡套的底部；高压极PCB板设置在内石英管的底端；地极PCB板设置在外石英管的底端；高压极PCB板通过连接头并利用导线和第一激励源电性连接，地极PCB板通过连接头并利用导线和地级电性连接；实心电极的顶端设置有介质板。本发明的有益效果是：本发明使用三个电极形成两级放电的结构，利于放电产生的同时，两级放电减小了由于气体流速过大导致的原料气的流失，使原料气体的利用更加充分，且使其裂解更加充分。

Description

一种三电极双源激励等离子体发生装置

技术领域

本发明涉及一种生源激励等离子发生装置，具体为一种三电极双源激励等离子体发生装置，属于等离子体发生装置技术领域。

背景技术

等离子体是指部分或者全部电离的气体，不属于物质常见的三种状态：固态、液态、气态，被称为物质的第四物态，由于其易于产生、环境友好等特点，备受研究学者的青睐，大气压下产生的等离子体应用更加广泛，为了使产生的等离子体更加均匀，通常采用介质阻挡放电(DBD)结构，并且不同电源激励下等离子体的性质差异很大，体现在等离子体里活性粒子的状态、种类、数量等不同，因此实际应用中需要非常注意激励源的选择。现有的等离子体发生装置主要有单电源DBD等离子体发生装置、双电源DBD等离子体发生装置和三电极双电源DBD等离子体发生装置这三种。

综上，现有的大气压下等离子体发生装置，单一电源下可能存在放电不均匀，放电起辉困难，放电产生的粒子能量低，或者能量过高发热严重，需要额外的冷却结构等缺陷，使用两个电源时，由于电极结构设计的缺陷，存在电源配合困难，同时会增加电源损坏几率以及安全事故发生概率。实验表明，大气压下产生均匀稳定的等离子体放电，可以有效的增强处理效果，特别是在等离子体用于材料表面改性中，对表面镀膜的质量影响非常大，现有装置由于以上缺陷，限制了大气压下等离子体技术的广泛应用。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种三电极双源激励等离子体发生装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种三电极双源激励等离子体发生装置，包括：

内管固定卡套、外管固定卡套、外石英管和内石英管，所述内管固定卡套的顶端开设有柱形通孔，所述外管固定卡套和内管固定卡套螺纹穿插连接，所述外石英管的顶部套接在外管固定卡套的底部，所述内石英管的顶部套设在内管固定卡套的底部；

高压极PCB板，所述高压极PCB板设置在内石英管的底端，所述高压极PCB板的顶端开设有第一焊盘；

地极PCB板，所述地极PCB板设置在外石英管的底端，所述地极PCB板的顶端开设有第二焊盘；

连接头，两个所述连接头分别设置在第一焊盘和第二焊盘内，所述高压极PCB板通过连接头并利用导线和第一激励源电性连接，所述地极PCB板通过连接头并利用导线和地级电性连接，所述连接头包括固定帽、连接块和卡定块，所述固定帽设置在连接块的顶端，所述卡定块设置在连接块的底部；

实心电极，所述实心电极的顶端设置有介质板。

优选的，所述内管固定卡套的底端开设有内连接槽，所述外管固定卡套为中空结构，所述内管固定卡套底部的外壁开设有外螺纹，所述外管固定卡套的内管壁开设有内螺纹，所述外螺纹和内螺纹相匹配。

优选的，所述内连接槽和内石英管的外壁形状相同，均为方形结构，所述内管固定卡套顶端的边侧，且贯穿侧壁开设有气体接入口。

优选的，所述外管固定卡套侧壁的底端开设有环状卡槽，所述环状卡槽的开设形状和尺寸与外石英管的形状和尺寸相同。

优选的，所述高压极PCB板的顶端开设有多个第一通气孔，所述地极PCB板的顶端开设有多个第二通气孔。

优选的，所述高压极PCB板包括第一隔绝层、第二隔绝层、第三隔绝层和第四隔绝层，所述第一隔绝层、第二隔绝层、第三隔绝层和第四隔绝层相邻之间均设置有介质层。

优选的，所述实心电极通过导线和第二激励源电性连接，所述第二激励源和第一激励源均通过导线和地级电性连接。

优选的，所述固定帽底端的中部开设有放置槽，所述固定帽底部的两侧开设有两个接线口，两个所述接线口均和放置槽相互贯通，所述固定帽的底端，且位于放置槽的边侧固定连接有四个连接柱。

优选的，所述接线口正面和背面的内壁均开设有移动滑槽，两个所述移动滑槽之间滑动穿插连接有夹板，两个所述移动滑槽两侧的内壁均开设有导向滑槽，所述夹板靠近正面和背面的两侧均固定连接有导向滑块，四个所述导向滑块分别和四个导向滑槽滑动穿插连接，四个所述导向滑槽内均设置有挤压弹簧，四个所述挤压弹簧的顶端分别和四个导向滑槽顶端的内壁固定连接，四个所述挤压弹簧的底端分别和四个导向滑块的顶端固定连接。

优选的，所述连接块顶端的中部穿插连接有接线柱，所述接线柱的顶部开设有接线孔，所述连接块顶端的边侧开设有四个连接孔，四个所述连接孔分别和四个连接柱卡接，所述卡定块顶端的中部开设有卡接孔，所述卡接孔和接线柱的底部穿插连接。

本发明的有益效果是：1、本发明采用两个激励源，两个激励源充当两个电源，如同时使用脉冲电源和射频电源，利用脉冲电源易于产生放电的特点，产生初始放电，为射频放电提供种子电子，有助于射频电源起辉，解决了现有技术大气压下脉冲放电能量低，射频放电起辉困难的问题，且两个激励源输出分别与地极形成回路，实际效果与两个电源分别同时作用相当，降低了对不同电源间配合的要求，解决了现有技术双电源使用配合不方便，使用不安全的问题。

2、本发明使用三个电极形成两级放电的结构，利于放电产生的同时，两级放电减小了由于气体流速过大导致的原料气的流失，使原料气体的利用更加充分，当原料气中含有较难裂解的大分子单体时，通过两个电源的配合也能提供足够的能量使其裂解更加充分。

3、本发明的两个激励源相互独立，使得激励源的选择可以多样化，并且上下两个激励源输出可以互换位置，为研究两个激励源的共同作用对等离子体产生的影响提供了更多的方案和可能性。

4、本发明制作简单，装置由各个部分拼接而成，清洗更换方便，成本低，利用PCB低成本、高定制性的特点，采用PCB本身的介质层形成介质阻挡结构，并可以根据实际需求对电极的网格形状、气体通孔的位置进行设计修改，来控制等离子体放电的形状和面积。

5、本发明，在焊盘处设置有连接头，通过连接头的固定帽、连接块和卡定块之间的卡配，先将导线穿插连接在接线柱上，然后再利用固定帽对导线进行夹定，这样就省去了焊接的麻烦，这样即使在需要进行导线的更换或者拆修时，会更加的方便。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明内管固定卡套的放大示意图；

图3为本发明外管固定卡套的平面示意图；

图4为本发明内管固定卡套的仰视图；

图5为本发明高压极PCB板层间结构示意图；

图6为本发明高压PCB的六边形网格形状电极示意图；

图7为本发明高压PCB的圆形网格形状电极示意图；

图8为本发明连接头的整体结构示意图；

图9为本发明卡定块的结构示意图；

图10为本发明连接块的结构示意图；

图11为本发明固定帽的剖视图；

图12为本发明图11中A处的结构放大示意图。

图中：1、内管固定卡套；101、气体接入口；102、柱形通孔；103、内连接槽；2、外管固定卡套；201、环状卡槽；3、外石英管；4、内石英管；5、高压极PCB板；501、第一隔绝层；502、第二隔绝层；503、第三隔绝层；504、第四隔绝层；505、介质层；506、第一焊盘；507、第一通气孔；6、地极PCB板；601、第二焊盘；602、第二通气孔；7、介质板；8、实心电极；9、第一激励源；10、第二激励源；11、固定帽；1101、接线口；1102、移动滑槽；1103、导向滑槽；1104、挤压弹簧；1105、夹板；1106、导向滑块；1107、连接柱；12、连接块；1201、连接孔；1202、接线柱；1203、接线孔；13、卡定块；1301、卡接孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-12所示，一种三电极双源激励等离子体发生装置，包括：

内管固定卡套1、外管固定卡套2、外石英管3和内石英管4，内管固定卡套1的顶端开设有柱形通孔102，外管固定卡套2和内管固定卡套1螺纹穿插连接，外石英管3的顶部套接在外管固定卡套2的底部，内石英管4的顶部套设在内管固定卡套1的底部；

外石英管3和内石英管4的顶部分别通过外管固定卡套2和内管固定卡套1进行固定，并且同轴放置。

内管固定卡套1的底端开设有内连接槽103，外管固定卡套2为中空结构，内管固定卡套1底部的外壁开设有外螺纹，外管固定卡套2的内管壁开设有内螺纹，外螺纹和内螺纹相匹配；

内管固定卡套1和外管固定卡套2可以采用有机玻璃等绝缘材料加工或者使用光敏树脂和玻璃纤维材料等直接3D打印成形。

高压极PCB板5，高压极PCB板5设置在内石英管4的底端，高压极PCB板5的顶端开设有第一焊盘506；

地极PCB板6，地极PCB板6设置在外石英管3的底端，地极PCB板6的顶端开设有第二焊盘601；

高压极PCB板5和地极PCB板6均使用绝缘胶分别粘牢在内石英管4和外石英管3的底部，并且均保持平行，高压极PCB板5和地极PCB板6内均设置有铜质电极，且两者的铜质电极位于高压极PCB板5和地极PCB板6的表层(第一层)或内层。

高压极PCB板5的顶端开设有多个第一通气孔507，地极PCB板6的顶端开设有多个第二通气孔602。

连接头，两个连接头分别设置在第一焊盘506和第二焊盘601内，高压极PCB板5通过连接头并利用导线和第一激励源9电性连接，地极PCB板6通过连接头并利用导线和地级电性连接，连接头包括固定帽11、连接块12和卡定块13，固定帽11设置在连接块12的顶端，卡定块13设置在连接块12的底部；

高压极PCB板5利用导线，一端利用连接头进行电性连接，导线的另一端通过内管固定卡套1上的柱形通孔102引出，与第一激励源9的输出端电性连接。

实心电极8，实心电极8，实心电极8的顶端设置有介质板7，实心电极8通过导线和第二激励源10电性连接，第二激励源10和第一激励源9均通过导线和地级电性连接；

第一激励源9和第二激励源10可以为直流电源、射频电源、高压脉冲电源或者交流电源，二者可以相同也可以不同。

实心电极8可为不锈钢、黄铜或钨的圆柱状导电材料，介质板7的外边缘尺寸大于实心电极8的外边缘尺寸，这样是为了增大实心电极8与地极PCB板板6之间的电弧物理距离，保障放电的稳定性；

介质板7的材料可以是陶瓷板、云母片或玻璃片等片状和表面平整的绝缘材料。

作为本发明的一种技术优化方案，内连接槽103和内石英管4的外壁形状相同，均为方形结构，内管固定卡套1顶端的边侧，且贯穿侧壁开设有气体接入口101；

气体接入口101内通入工作气体，工作气体可以是易于放电的氦气、氩气等稀有气体，也可以是氮气、氧气、空气或常用的气态有机物等，以及大分子前驱单体。

外管固定卡套2侧壁的底端开设有环状卡槽201，环状卡槽201的开设形状和尺寸与外石英管3的形状和尺寸相同；

外石英管3和内石英管4截面可以为圆形或方形，因此内连接槽103与环状卡槽201的开设形状和尺寸根据外石英管3和内石英管4的形状和尺寸来定，以便能够将外石英管3和内石英管4卡紧。

作为本发明的一种技术优化方案，高压极PCB板5包括第一隔绝层501、第二隔绝层502、第三隔绝层503和第四隔绝层504，第一隔绝层501、第二隔绝层502、第三隔绝层503和第四隔绝层504相邻之间均设置有介质层505；

如图5所示，高压极PCB板5和地极PCB板6均为多层结构，层数为四、六或八层，内部高压电极为铜网，且位于内层，如四层中的第二层或第三层，这样是为了避免高压极直接裸露在外，在边缘处产生局部强场而产生弧光放电，通过本身的介质层505形成介质阻挡放电结构，使得放电更加稳定；

如图6和图7所示，高压极PCB板5和地极PCB板6的电极铜网的网孔形状为圆形、三角形、方形或六边形，根据实际是否需要大面积的放电或者是否需要强场放电来选择铜网网孔的形状、大小和铜网的线宽，为了使放电更加均匀，放电更加稳定，高压极PCB板5和地极PCB板6的铜网形状和大小选择应具有高度对称性；

高压极PCB板5和地极PCB板板6铜网网孔内分别含有第一通气孔507和第二通气孔602，孔的形状可为圆形、三角形、方形或六边形，根据实际需要改变孔径的大小，以此可以改变气体进入放电间隙的均匀度和流速。

作为本发明的一种技术优化方案，固定帽11底端的中部开设有放置槽，固定帽11底部的两侧开设有两个接线口1101，两个接线口1101均和放置槽相互贯通，固定帽11的底端，且位于放置槽的边侧固定连接有四个连接柱1107，两个接线口1101水平中心对称开设；

接线口1101正面和背面的内壁均开设有移动滑槽1102，两个移动滑槽1102之间滑动穿插连接有夹板1105，两个移动滑槽1102两侧的内壁均开设有导向滑槽1103，夹板1105靠近正面和背面的两侧均固定连接有导向滑块1106，四个导向滑块1106分别和四个导向滑槽1103滑动穿插连接，四个导向滑槽1103内均设置有挤压弹簧1104，四个挤压弹簧1104的顶端分别和四个导向滑槽1103顶端的内壁固定连接，四个挤压弹簧1104的底端分别和四个导向滑块1106的顶端固定连接；

两个移动滑槽1102水平中心对称开设，且移动滑槽1102的开设宽度和夹板1105的宽度相同，同一移动滑槽1102内的两个导向滑槽1103水平中心对称开设，导向滑槽1103的开设深度和宽度与导向滑块1106的长度和宽度对应相同。

作为本发明的一种技术优化方案，连接块12顶端的中部穿插连接有接线柱1202，接线柱1202的顶部开设有接线孔1203，连接块12顶端的边侧开设有四个连接孔1201，四个连接孔1201分别和四个连接柱1107卡接，卡定块13顶端的中部开设有卡接孔1301，卡接孔1301和接线柱1202的底部穿插连接。

本发明在使用时，首先需要将整个装置装配完成，在进行第一激励源9和地级与高压极PCB板5和地极PCB板6的电性连接时，可以通过连接头来进行，具体操作方式参考图7至图12；

实施第一步操作，首先将卡定块13置于第一焊盘506或第二焊盘601的底端焊孔处；

实施第二步操作，将接线柱1202的底部对齐焊孔向下插接，同时将接线柱1202的底部插接在卡接孔1301内，使得卡定块13的顶端和连接块12的底端将焊孔的顶端和底端外壁包围夹住；

实施第三步操作，将导线的一端穿插进接线柱1202顶部的接线孔1203内，为了增强导线的连接强度，可以使导线在接线柱1202的顶部缠绕几圈(导线和接线柱1202接触段的绝缘外皮需要去除)；

实施第四步操作，将固定帽11的两个接线口1101对齐导线露在接线孔1203处的两端，同时将四个连接柱1107对齐四个连接孔1201，向下按压固定帽11，固定帽11带动夹板1105同步下移，在夹板1105下移接触到导线后，导线会将夹板1105向上托起，夹板1105上移的过程中会带动导向滑块1106同步上移并压缩挤压弹簧1104，在四个连接柱1107和四个连接孔1201紧密插接好之后，利用挤压弹簧1104回复力向下的作用，通过导向滑块1106带动夹板1105对导线进行下压夹定。

装置在激励源连接好之后，首先将工作气体通过气体接入口101通入装置后，工作气体又通过高压极PCB板5的第一通气孔507，进入到高压极PCB板5和地极PCB板6之间的放电间隙，产生一次放电，然后气体通过地极PCB板6的第二通气孔602，流入到地极PCB板6和介质板7之间的放电间隙，产生二次放电。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种三电极双源激励等离子体发生装置，其特征在于，包括：

内管固定卡套(1)、外管固定卡套(2)、外石英管(3)和内石英管(4)，所述内管固定卡套(1)的顶端开设有柱形通孔(101)，所述外管固定卡套(2)和内管固定卡套(1)螺纹穿插连接，所述外石英管(3)的顶部套接在外管固定卡套(2)的底部，所述内石英管(4)的顶部套设在内管固定卡套(1)的底部；

高压极PCB板(5)，所述高压极PCB板(5)设置在内石英管(4)的底端，所述高压极PCB板(5)的顶端开设有第一焊盘(506)；

地极PCB板(6)，所述地极PCB板(6)设置在外石英管(3)的底端，所述地极PCB板(6)的顶端开设有第二焊盘(601)；

连接头，两个所述连接头分别设置在第一焊盘(506)和第二焊盘(601)内，所述高压极PCB板(5)通过连接头并利用导线和第一激励源(9)电性连接，所述地极PCB板(6)通过连接头并利用导线和地级电性连接，所述连接头包括固定帽(11)、连接块(12)和卡定块(13)，所述固定帽(11)设置在连接块(12)的顶端，所述卡定块(13)设置在连接块(12)的底部；

实心电极(8)，所述实心电极(8)，所述实心电极(8)的顶端设置有介质板(7)。

2.根据权利要求1所述的一种三电极双源激励等离子体发生装置，其特征在于：所述内管固定卡套(1)的底端开设有内连接槽(103)，所述外管固定卡套(2)为中空结构，所述内管固定卡套(1)底部的外壁开设有外螺纹，所述外管固定卡套(2)的内管壁开设有内螺纹，所述外螺纹和内螺纹相匹配。

3.根据权利要求2所述的一种三电极双源激励等离子体发生装置，其特征在于：所述内连接槽(103)和内石英管(4)的外壁形状相同，均为方形结构，所述内管固定卡套(1)顶端的边侧，且贯穿侧壁开设有气体接入口(102)。

4.根据权利要求2所述的一种三电极双源激励等离子体发生装置，其特征在于：所述外管固定卡套(2)侧壁的底端开设有环状卡槽(201)，所述环状卡槽(201)的开设形状和尺寸与外石英管(3)的形状和尺寸相同。

5.根据权利要求1所述的一种三电极双源激励等离子体发生装置，其特征在于：所述高压极PCB板(5)的顶端开设有多个第一通气孔(507)，所述地极PCB板(6)的顶端开设有多个第二通气孔(602)。

6.根据权利要求1所述的一种三电极双源激励等离子体发生装置，其特征在于：所述高压极PCB板(5)包括第一隔绝层(501)、第二隔绝层(502)、第三隔绝层(503)和第四隔绝层(504)，所述第一隔绝层(501)、第二隔绝层(502)、第三隔绝层(503)和第四隔绝层(504)相邻之间均设置有介质层(505)。

7.根据权利要求1所述的一种三电极双源激励等离子体发生装置，其特征在于：所述实心电极(8)通过导线和第二激励源(10)电性连接，所述第二激励源(10)和第一激励源(9)均通过导线和地级电性连接。

8.根据权利要求1所述的一种三电极双源激励等离子体发生装置，其特征在于：所述固定帽(11)底端的中部开设有放置槽，所述固定帽(11)底部的两侧开设有两个接线口(1101)，两个所述接线口(1101)均和放置槽相互贯通，所述固定帽(11)的底端，且位于放置槽的边侧固定连接有四个连接柱(1107)。

9.根据权利要求8所述的一种三电极双源激励等离子体发生装置，其特征在于：所述接线口(1101)正面和背面的内壁均开设有移动滑槽(1102)，两个所述移动滑槽(1102)之间滑动穿插连接有夹板(1105)，两个所述移动滑槽(1102)两侧的内壁均开设有导向滑槽(1103)，所述夹板(1105)靠近正面和背面的两侧均固定连接有导向滑块(1106)，四个所述导向滑块(1106)分别和四个导向滑槽(1103)滑动穿插连接，四个所述导向滑槽(1103)内均设置有挤压弹簧(1104)，四个所述挤压弹簧(1104)的顶端分别和四个导向滑槽(1103)顶端的内壁固定连接，四个所述挤压弹簧(1104)的底端分别和四个导向滑块(1106)的顶端固定连接。

10.根据权利要求1所述的一种三电极双源激励等离子体发生装置，其特征在于：所述连接块(12)顶端的中部穿插连接有接线柱(1202)，所述接线柱(1202)的顶部开设有接线孔(1203)，所述连接块(12)顶端的边侧开设有四个连接孔(1201)，四个所述连接孔(1201)分别和四个连接柱(1107)卡接，所述卡定块(13)顶端的中部开设有卡接孔(1301)，所述卡接孔(1301)和接线柱(1202)的底部穿插连接。

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