CN113923846B - 利用射流阵列产生一维等离子体光子晶体的装置及方法 - Google Patents
利用射流阵列产生一维等离子体光子晶体的装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113923846B CN113923846B CN202111272645.7A CN202111272645A CN113923846B CN 113923846 B CN113923846 B CN 113923846B CN 202111272645 A CN202111272645 A CN 202111272645A CN 113923846 B CN113923846 B CN 113923846B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- array
- air passage
- voltage
- generating
- air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 21
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 abstract description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 2
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 53
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical group [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- 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
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/002—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of materials engineered to provide properties not available in nature, e.g. metamaterials
- G02B1/005—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of materials engineered to provide properties not available in nature, e.g. metamaterials made of photonic crystals or photonic band gap materials
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
本发明提供了一种利用射流阵列产生一维等离子体光子晶体的装置及方法。所述装置包括介质管阵列气道和针电极；所述介质管阵列气道的一端敞开，另一端设有进气口，供气管路连接在储气罐与所述介质管阵列气道的进气口之间；所述针电极设置在所述介质管阵列气道的敞开端的斜下方，并与高压交流电源电连接。介质管阵列气道与针电极组成了等离子体射流阵列。通过在针电极上施加高压交流电压，在气道下游的开放环境产生了多个等离子体羽，可作为一维等离子体光子晶体。这是一种新的产生一维等离子体光子晶体的装置及方法。本发明适用于雷达探测、微波器件、航空器隐身、光催化、薄膜制备等领域。
Description
技术领域
本发明涉及低温等离子体技术领域，具体地说是一种利用等离子体射流阵列产生一维等离子体光子晶体的装置及方法。
背景技术
光子晶体是介质在空间中的周期性分布，其作为一种新的“光子”材料已广泛应用于各种微波器件的设计中。等离子体光子晶体是等离子体学科和光子晶体学科交叉的产物，它不仅具有一般光子晶体的性质，而且还体现了等离子体的特性，通过改变等离子体参数可有效控制其带隙，因此可被广泛应用于雷达探测、微波器件、航空器隐身、光催化、薄膜制备等领域。
等离子体光子晶体通常由介质阻挡放电产生，产生于介质管(见公开文献Physical Review Letters,2000,85:18)或者两平行平板电极(见公开文献PhysicalReview E,2019,100:063201)之间。目前已利用惰性气体产生了结构丰富的等离子体光子晶体，例如一维结构、四边形结构、六边形结构、同心圆环结构等等。然而这些等离子体光子晶体均被限制在狭小的放电气隙间(大约几个毫米)，限制了等离子体光子晶体的应用，如雷达波长的调控等。雷达的波段一般在毫米量级至米量级，只有当等离子体光子晶体的晶格常数与雷达波段相匹配时，才可利用等离子体光子晶体对雷达波长进行调控。因此有必要提供一种方法，提高等离子体光子晶体的尺度或使等离子体光子晶体不限制于微小的放电气隙间。
发明内容
本发明的目的就是提供一种利用射流阵列产生一维等离子体光子晶体的装置及方法，通过该装置产生的等离子体光子晶体不限制于放电气隙间，可提高等离子体光子晶体的尺度到厘米量级。
本发明是这样实现的：一种利用射流阵列产生一维等离子体光子晶体的装置，包括介质管阵列气道和针电极；所述介质管阵列气道是由若干介质管通过在水平面上排布的方式形成的一维介质管阵列结构；所述介质管阵列气道的一端为敞口端，另一端设有进气口；所述介质管阵列气道的进气口通过一供气管路与储气罐相接；在所述供气管路上设有气阀、气压表和流量计；在所述储气罐内储存有用于产生等离子体光子晶体的工作气体；所述针电极竖直设置在所述介质管阵列气道的敞口端外侧的下方，且所述针电极的针尖端朝上；所述针电极与高压交流电源电连接。
本发明实施例中，在所述储气罐内储存有氩气。
具体实施时，所述高压交流电源输出的交流电压峰值为5kV-10kV。
利用上述装置产生一维等离子体光子晶体的方法，具体包括如下步骤：
a、设置上述利用射流阵列产生一维等离子体光子晶体的装置；
b、打开气阀，使储气罐内的工作气体通过供气管路通入介质管阵列气道的各介质管内，并在介质管阵列气道的敞口端喷出横向气流；
c、打开高压交流电源的开关，通过高压交流电源向针电极上施加高压交流电压；
d、调节高压交流电源输出的交流电压峰值，在介质管阵列气道的下游沿气流方向产生等离子体光子晶体。
步骤d中，调节高压交流电源输出的交流电压峰值为5kV-10kV。刚开始时，可能会产生单个等离子体羽，随着高压交流电源输出的交流电压幅值的增加，放电个数逐渐增多，形成等离子体光子晶体。所形成的等离子体光子晶体的长度可达3cm甚至更长。
本发明实施例中，步骤b中向介质管阵列气道内通入的工作气体为氩气。
本发明通过在针电极上施加高压交流电压，垂直于针电极放置介质管阵列气道，在介质管阵列气道下游的开放环境产生单个等离子体羽。之后逐渐增加交流电压幅值，等离子体羽个数增加，形成等离子体光子晶体。本发明由于介质管阵列气道与针电极垂直，最终形成的等离子体光子晶体处于介质管阵列气道下游的开放环境中，即：所产生的等离子体光子晶体不限制于电极之间，从而使得产生的等离子体光子晶体摆脱了微小放电气隙的限制，使得制备的等离子体光子晶体可以做到较大的尺寸。
本发明是一种新的产生等离子体光子晶体的装置及方法，适于应用在微波器件、表面处理、废水净化、杀菌消毒、元素探测、飞行器减阻、航空器隐身等行业。本发明结构简单，操作方便，价格低廉，装置设置于开放的大气环境中，摆脱了昂贵的真空设备。
附图说明
图1是本发明产生等离子体光子晶体的结构示意图。
图2是交流电压峰值为5.5kV时本发明实施例中产生单个等离子体羽的放电照片。
图3是交流电压峰值为8.0kV的本发明实施例中产生等离子体光子晶体的放电照片。
图4是交流电压峰值为9.5kV的本发明实施例中产生等离子体光子晶体的放电照片。
图5是交流电压峰值为5.5kV时的电压波形和等离子体羽的发光信号波形图。
图6是交流电压峰值为8.0kV时的电压波形和等离子体光子晶体的发光信号波形图。
图7是交流电压峰值为9.5kV时的电压波形和等离子体光子晶体的发光信号波形图。
其中：1、储气罐；2、气阀；3、供气管路；4、气压表；5、流量计；6、介质管阵列气道；7、针电极；8、高压交流电源。
具体实施方式
如图1所示，本发明利用射流阵列产生一维等离子体光子晶体的装置包括介质管阵列气道6和针电极7；介质管阵列气道6是由若干介质管一一排列形成一维的水平面的排布结构，因此，介质管阵列气道6呈水平设置，其一端敞开，另一端设有进气口。供气管路3的一端连接在储气罐1上，另一端连接在介质管阵列气道6的进气口上。在供气管路3上接有气阀2、气压表4和流量计5。针电极7直立设置在介质管阵列气道6的敞开端外侧的下方，即：介质管阵列气道6所在平面与针电极7相垂直。针电极7与高压交流电源8电连接。高压交流电源8的高压输出端与针电极7的非尖端相连接，高压交流电源8的接地端连接地线。
本发明利用等离子体射流阵列产生一维等离子体光子晶体的方法包括以下步骤：
1、设置上述的产生等离子体光子晶体的装置。
2、打开气阀2，使工作气体(本实施例中所用工作气体是氩气，其他实施例中还可以是别的惰性气体)通过供气管路3通入介质管阵列气道6内，并在介质管阵列气道6的敞开端喷出气流。
3、打开高压交流电源8的开关，向针电极7上施加高压交流电压，在介质管阵列气道的下游产生单个的等离子体羽。
4、逐渐增加高压交流电源8输出的交流电压幅值，可增加等离子体羽个数，形成等离子体光子晶体。
如图2所示，当高压交流电源8输出的交流电压峰值达到5.5kV时，介质管阵列气道6的下游会产生单个等离子体羽。如图3所示，继续增大高压交流电源8输出的交流电压峰值至8.0kV，等离子体羽个数增加为三个，形成等离子体光子晶体。如图4所示，继续增大高压交流电源8输出的交流电压峰值至9.5kV，等离子体羽个数增加为五个，且等离子体羽的长度可达3cm甚至更长。
当交流电压峰值从5.5kV增加到9.5kV时，连接光电倍增管和示波器，利用示波器对针电极7上施加的电压和等离子体光子晶体的发光信号进行监测和记录，图5、图6、图7分别为交流电压为5.5kV、8.0kV、9.5kV时对应的电压及光信号波形。在图5中，每个电压负半周期有随机出现的窄放电脉冲，在电压正半周期则不存在放电脉冲。在图6中，每个电压周期的正、负半周期均存在一个宽放电脉冲，负半周期还存在两个窄放电脉冲。在图7中，每个电压周期的正、负半周期均存在一个宽放电脉冲，负半周期还存在一个窄放电脉冲。
Claims (7)
1.一种利用射流阵列产生一维等离子体光子晶体的装置，其特征是，包括介质管阵列气道和针电极；所述介质管阵列气道是由若干介质管通过在水平面上排布的方式形成的一维介质管阵列结构；所述介质管阵列气道的一端为敞口端，另一端设有进气口；所述介质管阵列气道的进气口通过一供气管路与储气罐相接；在所述供气管路上设有气阀、气压表和流量计；在所述储气罐内储存有用于产生等离子体光子晶体的工作气体；所述针电极竖直设置在所述介质管阵列气道的敞口端外侧的下方，且所述针电极的针尖端朝上，所述介质管阵列气道与针电极垂直；所述针电极与高压交流电源电连接；所产生的等离子体光子晶体不限制于电极之间。
2.根据权利要求1所述的利用射流阵列产生一维等离子体光子晶体的装置，其特征是，在所述储气罐内储存有氩气。
3.根据权利要求1所述的利用射流阵列产生一维等离子体光子晶体的装置，其特征是，所述高压交流电源输出的交流电压峰值为5 kV - 10 kV。
4.一种利用射流阵列产生一维等离子体光子晶体的方法，其特征是，包括如下步骤：
a、设置如权利要求1所述的利用射流阵列产生一维等离子体光子晶体的装置；
b、打开气阀，使储气罐内的工作气体通过供气管路通入介质管阵列气道的各介质管内，并在介质管阵列气道的敞口端喷出横向气流；
c、打开高压交流电源的开关，通过高压交流电源向针电极上施加高压交流电压；
d、调节高压交流电源输出的交流电压峰值，在介质管阵列气道的下游沿气流方向产生等离子体光子晶体。
5.根据权利要求4所述的利用射流阵列产生一维等离子体光子晶体的方法，其特征是，步骤d中，调节高压交流电源输出的交流电压峰值为5 kV - 10 kV。
6.根据权利要求4所述的利用射流阵列产生一维等离子体光子晶体的方法，其特征是，步骤b中向介质管阵列气道内通入的工作气体为氩气。
7.根据权利要求4所述的利用射流阵列产生一维等离子体光子晶体的方法，其特征是，步骤d中所产生的等离子体光子晶体的长度为3cm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111272645.7A CN113923846B (zh) | 2021-10-29 | 2021-10-29 | 利用射流阵列产生一维等离子体光子晶体的装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111272645.7A CN113923846B (zh) | 2021-10-29 | 2021-10-29 | 利用射流阵列产生一维等离子体光子晶体的装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113923846A CN113923846A (zh) | 2022-01-11 |
| CN113923846B true CN113923846B (zh) | 2024-02-23 |
Family
ID=79243602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111272645.7A Active CN113923846B (zh) | 2021-10-29 | 2021-10-29 | 利用射流阵列产生一维等离子体光子晶体的装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113923846B (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003040027A1 (en) * | 2001-08-02 | 2003-05-15 | Plasmasol Corp. | Chemical processing using non-thermal discharge plasma |
| US6658990B1 (en) * | 2000-11-27 | 2003-12-09 | Mepsco, Inc. | Bushing construction for a fluid injection machine in a food processing system |
| CN101702865A (zh) * | 2009-10-27 | 2010-05-05 | 华中科技大学 | 等离子体针装置 |
| CN103997842A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-08-20 | 中国科学院电工研究所 | 提高大气压等离子体射流阵列空间均匀性的方法 |
| CN105578699A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-05-11 | 河北大学 | 一种产生冷等离子体刷的装置及方法 |
| CN106068053A (zh) * | 2016-06-28 | 2016-11-02 | 河北大学 | 一种可产生均匀连续放电或等离子体光子晶体的装置及方法 |
| CN110430653A (zh) * | 2019-08-08 | 2019-11-08 | 赣南师范大学 | 一种双层气体布局大面积介质阻挡放电阵列装置 |
| CN110944441A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-03-31 | 国网重庆市电力公司电力科学研究院 | 一种可调等离子体射流装置和喷涂系统 |
| CN111246651A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-06-05 | 河北大学 | 一种利用喷枪阵列产生大尺度等离子体羽的装置及方法 |
| CN112358015A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-02-12 | 赣南师范大学 | 一种介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9627167B2 (en) * | 2014-02-25 | 2017-04-18 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Apparatus for generating plasma |
| US11690160B2 (en) * | 2019-09-10 | 2023-06-27 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Plasma photonic crystals with integrated plasmonic arrays in a microtubular frame |
-
2021
- 2021-10-29 CN CN202111272645.7A patent/CN113923846B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6658990B1 (en) * | 2000-11-27 | 2003-12-09 | Mepsco, Inc. | Bushing construction for a fluid injection machine in a food processing system |
| WO2003040027A1 (en) * | 2001-08-02 | 2003-05-15 | Plasmasol Corp. | Chemical processing using non-thermal discharge plasma |
| CN101702865A (zh) * | 2009-10-27 | 2010-05-05 | 华中科技大学 | 等离子体针装置 |
| CN103997842A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-08-20 | 中国科学院电工研究所 | 提高大气压等离子体射流阵列空间均匀性的方法 |
| CN105578699A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-05-11 | 河北大学 | 一种产生冷等离子体刷的装置及方法 |
| CN106068053A (zh) * | 2016-06-28 | 2016-11-02 | 河北大学 | 一种可产生均匀连续放电或等离子体光子晶体的装置及方法 |
| CN110430653A (zh) * | 2019-08-08 | 2019-11-08 | 赣南师范大学 | 一种双层气体布局大面积介质阻挡放电阵列装置 |
| CN110944441A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-03-31 | 国网重庆市电力公司电力科学研究院 | 一种可调等离子体射流装置和喷涂系统 |
| CN111246651A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-06-05 | 河北大学 | 一种利用喷枪阵列产生大尺度等离子体羽的装置及方法 |
| CN112358015A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-02-12 | 赣南师范大学 | 一种介质阻挡放电低温等离子体污水处理单元 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李雪辰、袁宁、贾鹏英等.大气压等离子体针产生空气均匀放电特性研究.《物理学报》.2011,第60卷(第12期),第1-7页，附图1-11. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113923846A (zh) | 2022-01-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107135597B (zh) | 一种大气压空气中产生大间隙、大面积均匀放电等离子体的装置及使用方法 | |
| Xu et al. | Formation of hydrophobic coating on PMMA surface using unipolar nanosecond-pulse DBD in atmospheric air | |
| US5490973A (en) | Pulsed corona reactor system for abatement of pollution by hazardous agents | |
| US10283327B2 (en) | Apparatus and methods for generating reactive gas with glow discharges | |
| Abdel-Salam et al. | Characteristics of corona and silent discharges as influenced by geometry of the discharge reactor | |
| US9378933B2 (en) | Apparatus for generating reactive gas with glow discharges and methods of use | |
| CN113923846B (zh) | 利用射流阵列产生一维等离子体光子晶体的装置及方法 | |
| CN111246651B (zh) | 一种利用喷枪阵列产生大尺度等离子体羽的装置及方法 | |
| EP3894359B1 (en) | Dielectric barrier discharge for ballast water treatment using optimized voltage shape control | |
| Kim et al. | Plasma candle: a new type of scaled-up plasma jet device | |
| Yehia et al. | On the characteristics of the corona discharge in a wire-duct reactor | |
| CN112153798B (zh) | 利用惰性气体产生大直径均匀等离子体羽的装置及方法 | |
| CN105578699A (zh) | 一种产生冷等离子体刷的装置及方法 | |
| Zhang et al. | Factors influencing the discharge mode for microsecond-pulse gliding discharges at atmospheric pressure | |
| Ndong et al. | Effect of dielectric aging on the behavior of a surface nanosecond pulsed dielectric barrier discharge | |
| CN202907328U (zh) | 一种管式介质阻挡放电等离子体产生系统 | |
| Lei et al. | DBD plasma jet in atmospheric pressure neon | |
| CN113966064B (zh) | 一种产生片状等离子体羽的装置及方法 | |
| RU2733395C1 (ru) | Электрофизическое устройство для очистки газов от экологически вредных примесей, обеззараживания воздуха и стерилизации | |
| Korzekwa et al. | Experimental results comparing pulsed corona and dielectric barrier discharges for pollution control | |
| CN110225640B (zh) | 一种可产生脉冲型等离子体光子晶体的装置及方法 | |
| Takaki et al. | Improvement of stability for NO removal in multipoint barrier discharge reactor by pulse applied voltage | |
| CN102612250A (zh) | 一种管式介质阻挡放电等离子体产生系统及其应用 | |
| Skariah et al. | Energy Yield and Removal Efficiency of NO x Curtailment Process With High Voltage Pulse Powered DBD Electrode Configurations | |
| Nakai et al. | Comparison of ozone generation characteristics by filamentary discharge mode and townsend discharge mode of dielectric barrier discharge in oxygen |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |