CN114373671A

CN114373671A - 一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置

Info

Publication number: CN114373671A
Application number: CN202111446316.XA
Authority: CN
Inventors: 李少哲; 陈庆禧; 戴亦阳; 胡嘉忆; 宋凯; 刘新
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2022-04-19

Abstract

本发明提供一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置，涉及紫外光技术，包括：脉冲电源、连接器、电极垫、高压电极、第一石英介质层、微腔、气体填充室、第二石英介质层、低压电极、中空石英框、进气口、改性小球、镂空支撑柱，准分子灯在内部气体被电离时，可以产生波长范围很窄的紫外光谱，并且波长选择性好，紫外光辐照面积大，克服了汞灯在紫外应用中的缺点，能有效应用于废水废气处理、刻蚀、材料表面改性、薄膜沉积等领域。

Description

一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置

技术领域

本发明涉及紫外光技术，尤其涉及一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置。

背景技术

目前生产应用中使用较为广泛的非相干紫外光源有氪弧灯和中高压汞灯等，其辐射光谱范围较宽(从紫外到可见光)，在特定应用中有效波长的紫外辐射效率低。而能辐射窄带紫外光谱的灯，例如传统的低压汞灯和稀有气体放电灯，功率密度较小，因此光强相对较弱。

发明内容

本发明实施例提供一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置，克服了现有紫外灯技术中辐射光谱范围宽，紫外辐射效率低的缺点。

本发明实施例，提供一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置，包括：

脉冲电源、连接器、电极垫、高压电极、第一石英介质层、微腔、气体填充室、第二石英介质层、低压电极、中空石英框、进气口、改性小球、镂空支撑柱；

其中，所述第一石英介质层下表面开有小圆微腔，第一石英介质层和第二石英介质层之间设有气体填充室，所述高压电极和低压电极分别印刷在第一石英介质层和第二石英介质层外表面，中空石英框一边上设有进气口与气体填充室相通；

所述第一石英介质层和第二石英介质层之间设有镂空支撑柱，镂空支撑柱位于气体填充室正中，镂空支撑柱内部装有用于影响等离子体产生的改性小球，所述改性小球外壁开有若干圆形小孔。

可选地，在一种可能实现方式中，产生紫外光的波长范围为169～171nm。

可选地，在一种可能实现方式中，产生紫外光的波长为170nm。

可选地，在一种可能实现方式中，放电气体为稀有气体，稀有气体包括氙气和氡气；

其中，氙气所占比例为85～100％，氡气所占比例为0～15％时，所产生紫外光的波长为170nm。

可选地，在一种可能实现方式中，放电气体为稀有气体，稀有气体采用氩气、氯气和氙气；

其中，氩气所占比例为80～99.85％，氯气所占比例为0.15～5％；氙气所占比例为0～15％时，所产生紫外光的波长为171nm。

可选地，在一种可能实现方式中，放电气体为稀有气体，稀有气体采用氩气、溴气和氙气；

其中，氩气所占比例为80～99.85％，氯气所占比例为0.15～5％，氙气所占比例为0～15％时，所产生紫外光的波长为169nm。

可选地，在一种可能实现方式中，所述改性小球为碳基小球；

所述改性小球由改性后的细碳颗粒压制而成，内部呈海绵状，表面改性物质为铼氧化物。

可选地，在一种可能实现方式中，第一石英介质层，和第二石英介质层均采用石英玻璃，长度为60mm,宽度为60mm，厚度为4mm，所述第一石英介质层和第二石英介质层之间设有镂空支撑柱；

中空石英框采用石英玻璃，厚度等于气体填充室高度，为0.9～1.4mm；

高压电极和低压电极均采用导电材料制成，所述导电材料为金和铂等惰性金属，各电极的厚度为5μm～15μm；电极外部为宽2～4mm的边框，内部为网丝状；其中，高压电极和低压电极制备工艺为金属溅射或真空蒸镀。

可选地，在一种可能实现方式中，所述微腔为大小不一的半球形，所述微腔半径分别为1.055mm和0.355mm。

本发明提供的一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置，准分子灯在内部气体被电离时，可以产生波长范围很窄的紫外光谱，并且波长选择性好，紫外光辐照面积大，克服了汞灯在紫外应用中的缺点，能有效应用于废水废气处理、刻蚀、材料表面改性、薄膜沉积等领域。

附图说明

图1为一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置的右视剖面图；

图2为一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置的俯视图；

图3为一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置的丝网电极形状示意图；

图4为一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置的发光波长示意图；

图中：1-脉冲电源、2-连接器、3-电极垫、4-高压电极、5-第一石英介质层、6-微腔、7-气体填充室、8-第二石英介质层、9-低压电极、10-中空石英框、11-进气口、12-改性小球、13-镂空支撑柱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含A、B和C”、“包含A、B、C”是指A、B、C三者都包含，“包含A、B或C”是指包含A、B、C三者之一，“包含A、B和/或C”是指包含A、B、C三者中任1个或任2个或3个。

应当理解，在本发明中，“与A对应的B”、“与A相对应的B”、“A与B相对应”或者“B与A相对应”，表示B与A相关联，根据A可以确定B。根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其他信息确定B。A与B的匹配，是A与B的相似度大于或等于预设的阈值。

取决于语境，如在此所使用的“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置，参见图1-3，包括脉冲电源1、连接器2、电极垫3、高压电极4、第一石英介质层5、微腔6、气体填充室7、第二石英介质层8、低压电极9、中空石英框10、进气口11、改性小球12、镂空支撑柱13。

其中，第一石英介质层5下表面开有小圆微腔6，第一石英介质层5和第二石英介质层8之间设有气体填充室7，所述高压电极4和低压电极9分别印刷在第一石英介质层5和第二石英介质层8外表面，中空石英框10一边上设有进气口11与气体填充室7相通；第一石英介质层5和第二石英介质层8之间设有镂空支撑柱13，镂空支撑柱13位于气体填充室7正中，镂空支撑柱13内部装有用于影响等离子体产生的改性小球12，改性小球12外壁开有若干圆形小孔。

在一些实施例中，第一石英介质层5和第二石英介质层8均采用石英玻璃，长度为60mm,宽度为60mm，厚度为4mm，所述第一石英介质层5和第二石英介质层8之间设有镂空支撑柱13；中空石英框10采用石英玻璃，厚度等于气体填充室7高度，为0.9～1.4mm。

高压电极4和低压电极9均采用导电材料制成，所述导电材料为金和铂等惰性金属，各电极的厚度为5μm～15μm；电极外部为宽2～4mm的边框，内部为网丝状；其中，高压电极4和低压电极9制备工艺为金属溅射或真空蒸镀。

其中，本方案的电极形状为网丝状。电极形状具体可为正三角形，四边形，正六边形等，也可为正多边形组合或不规则图形组合，在使用中，电极输入功率为10W，输出电压为6kV，工作频率为17kHz。

在实际应用中，微腔6为大小不一的半球形，所述微腔6半径分别为1.055mm和0.355mm。

可以理解的是，本方案需要在气体填充室7内冲入稀有气体，来产生以上紫外光，稀有气体可以从进气口11冲入。

在一个实施例中，放电气体为稀有气体，稀有气体包括氙气和氡气，其中，氙气所占比例为85～100％，氡气所占比例为0～15％时，所产生紫外光的波长为170nm。

在另一个实施例中，放电气体为稀有气体，稀有气体采用氩气、氯气和氙气；其中，氩气所占比例为80～99.85％，氯气所占比例为0.15～5％；氙气所占比例为0～15％时，所产生紫外光的波长为171nm。

在又一个实施例中，放电气体为稀有气体，稀有气体采用氩气、溴气和氙气；其中，氩气所占比例为80～99.85％，氯气所占比例为0.15～5％，氙气所占比例为0～15％时，所产生紫外光的波长为169nm。

在应用中，以上气体填充室7内的气压为1Torr～760Torr，更优选地，气压为260～300Torr。

需要说明的是，参见图4，通过以上装置，本方案产生紫外光的波长范围为169～171nm，更佳的，本方案可以产生紫外光的波长为170nm，紫外辐射效率最高可达98％。

实际使用时，接通电源1，电极放电产生大量的Xe 2*、ArC l*或ArBr*等准分子，使氧气在该装置表面通过，在紫外光辐射的照射下，便可产生臭氧。

以氙氡过程为例，氙惰性气体准分子具体反映为:

e+Xe→e+Xe*；

Xe*+2Xe→Xe2*+Xe；

Xe2*→2Xe+hν

潘宁过程具体反应为：

e+Xe→Xe*+e；

Xe*+Rn→Rn++Xe+e；

氙氡气体的混合能影响内部的能量传输特性以及发光的特性规律，氙分子的激发会由于亚稳态氡原子的潘宁效应激发传能而增强。

此外，本方案中，改性小球12为碳基小球，所述改性小球12由改性后的细碳颗粒压制而成，内部呈海绵状，表面改性物质为铼氧化物。

其中，碳基小球制备方法为：

将碳原料进行破碎，筛分，碳颗粒表面碱性处理改性活化、负载铼氧化物，热压成型得到碳基小球。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置，其特征在于，包括：

脉冲电源(1)、连接器(2)、电极垫(3)、高压电极(4)、第一石英介质层(5)、微腔(6)、气体填充室(7)、第二石英介质层(8)、低压电极(9)、中空石英框(10)、进气口(11)、改性小球(12)、镂空支撑柱(13)；

其中，所述第一石英介质层(5)下表面开有小圆微腔(6)，第一石英介质层(5)和第二石英介质层(8)之间设有气体填充室(7)，所述高压电极(4)和低压电极(9)分别印刷在第一石英介质层(5)和第二石英介质层(8)外表面，中空石英框(10)一边上设有进气口(11)与气体填充室(7)相通；

所述第一石英介质层(5)和第二石英介质层(8)之间设有镂空支撑柱(13)，镂空支撑柱(13)位于气体填充室(7)正中，镂空支撑柱(13)内部装有用于影响等离子体产生的改性小球(12)，所述改性小球(12)外壁开有若干圆形小孔。

2.根据权利要求1所述的一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置，其特征在于，产生紫外光的波长范围为169～171nm。

3.根据权利要求1或2所述的一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置，其特征在于，产生紫外光的波长为170nm。

4.根据权利要求3所述的一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置，其特征在于，放电气体为稀有气体，稀有气体包括氙气和氡气；

5.根据权利要求2所述的一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置，其特征在于，放电气体为稀有气体，稀有气体采用氩气、氯气和氙气；

6.根据权利要求2所述的一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置，其特征在于，放电气体为稀有气体，稀有气体采用氩气、溴气和氙气；

7.根据权利要求1所述的一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置，其特征在于，所述改性小球(12)为碳基小球；

所述改性小球(12)由改性后的细碳颗粒压制而成，内部呈海绵状，表面改性物质为铼氧化物。

8.根据权利要求7所述的一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置，其特征在于，碳基小球制备方法为：

9.根据权利要求1所述的一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置，其特征在于，第一石英介质层(5)和第二石英介质层(8)均采用石英玻璃，长度为60mm,宽度为60mm，厚度为4mm，所述第一石英介质层(5)和第二石英介质层(8)之间设有镂空支撑柱(13)；

中空石英框(10)采用石英玻璃，厚度等于气体填充室(7)高度，为0.9～1.4mm；

高压电极(4)和低压电极(9)均采用导电材料制成，所述导电材料为金和铂等惰性金属，各电极的厚度为5μm～15μm；电极外部为宽2～4mm的边框，内部为网丝状；其中，高压电极(4)和低压电极(9)制备工艺为金属溅射或真空蒸镀。

10.根据权利要求1所述的一种双尺寸微腔等离子体紫外光发生装置，其特征在于，所述微腔(6)为大小不一的半球形，所述微腔(6)半径分别为1.055mm和0.355mm。