CN202841676U - 线形阵列式大气压冷等离子体射流发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种线形阵列式大气压冷等离子体射流发生装置，包括有筒形外壳，筒形外壳单边壁上或相对的上下壁上沿轴线方向开有均匀的出气通道口以形成线形等离子体射流，筒形外壳两端分别通过环形电极接有高压交流电源和射频电源，电源的另一端接地。本实用新型能在大气压下稳定工作，产生的线形等离子体射流富含活性的反应基团，能应用于大面积薄膜沉积和材料表面改性，操作便捷高效，双激励源能保证放电均匀性和稳定性。

Description

线形阵列式大气压冷等离子体射流发生装置

技术领域

本实用新型涉及等离子体的射流装置领域，具体为一种线形阵列式大气压冷等离子体射流发生装置。

背景技术

大气压冷等离子体射流的等离子体空间富集大量活性的离子、电子、激发态原子、分子及自由基等反应性物种，易于和所接触的材料表面发生反应，因此在材料表面处理方面有许多重要应用。和传统的低气压放电等离子体方法相比，大气压冷等离子体射流表面处理具有操作简单、成本低、处理速度快等优点，在传统的材料制造、加工和改性等应用领域以及新兴的生物医学、环境和等离子体化工等领域具有良好的应用前景。

利用气流和电场的作用使放电区域产生的等离子体从喷管中喷出，在无固体边界约束的外界气体环境中做朝向工作区域的定向流动，形成等离子体射流。这种方法在实现放电区域与工作区域分离的同时，又保证大部分活性物种和载能带电粒子能够输运到所处理样品的表面，因为更具有实用性。大气压等离子体射流一般可分为两类：一类是具有高温、高速、高能流密度的热等离子体射流，温度一般2000-20000K，适用于材料合成、薄膜制备、定向刻蚀、喷涂及熔融焊接等方面；另一类是电子能量较高而离子能量较低，宏观气体温度仅有几百K甚至接近室温的冷等离子体射流。大气压冷等离子体射流的微型结构以及阵列化并行运行使其在器件处理微型化和集成化、大面积材料表面处理等领域显示出独特的工艺优势。就放电发生方式而言，大气压冷等离子体射流技术多以介质阻挡放电为主要方式，其优势在于：一来介质层可有效限制放电电流的自由增长，防止热化；二来快速流动的气体也有助于抑制放电过程中可能产生的丝状放电，促进放电均匀稳定运行。从电极结构上看，由于不同领域的不同需求，用于工业生产和科学研究的大气压冷等离子体射流源种类繁多。即便针对同一电极结构的射流源，也可根据不同需要采用合适的功率源进行激励，产生性质大不相同的等离子体，从而满足不同应用领域的需要。目前常用的功率源主要包括脉冲直流源、交流源、射频源、微波源等。然而，在实际应用过程中大气压射流等离子体由于其放电间隙狭小，一方面不利于进行大面积的样品表面处理，不能处理体积较大的物体；另一方面放电会受到待处理部件尺寸、形貌等的影响，干扰放电及样品表面处理的均匀性，影响连续化处理过程的均匀稳定性。

在实现大面积表面处理的时候，本实用新型涉及的线形阵列式大气压冷等离子体源与传统的大面积等离子体源不同，线形等离子体源仅需在一维方向实现均匀、稳定的等离子体，采用多个线形结构并排，或者与被处理样品在水平/垂直方向以适当速度运动，即可获得大面积均匀的薄膜沉积或大面积均匀的材料表面处理。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种线形阵列式大气压冷等离子体射流装置,以解决传统的大气压等离子体射流不适用于大面积样品表面处理及处理的均匀性方面的问题。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：

一种线形阵列式大气压冷等离子体射流装置，包括有筒形外壳，所述筒形外壳一端筒口为进气口，另一端筒口为出气口，其特征在于：所述的筒形外壳单边筒壁上沿轴向方向设有等距出气通道口，出气通道口的孔径小于筒形外壳半径，筒形外壳的进气端和出气端分别固设有一个环形电极，两个环形电极分别与一个外部电源相接，外部电源另一端通过导线接地。

一种线形阵列式大气压冷等离子体射流装置，包括有筒形外壳，所述筒形外壳一端筒口为进气口，另一端筒口为出气口，其特征在于：所述的筒形外壳相对的上下筒壁上沿轴向方向设有等距出气通道口，出气通道口的孔径小于筒形外壳半径，筒形外壳的进气端和出气端分别固设有一个环形电极，两个环形电极分别与一个外部电源相接，外部电源另一端通过导线接地。

所述的各出气通道口外接有一根软管。

所述的筒形外壳采用石英玻璃制作而成，长度为100厘米。

所述的两个外部电源分别为射频电源和交流高压电源。

所述的环形电极采用金属铜制作而成。

本实用新型的出气端外部电源为交流高压电源，进气端所用的射频电源的工作频率为13.56MHz的工业标准频率。环形电极采用金属铜材料，环形电极可以有效地防止等离子体向电弧放电转化，降低放电电流，有利于等离子体射流稳定运行。有一定流速的气流通过电极，在强交变电场作用下诱导激发等离子体，等离子体随气流从筒形外壳上的通道口或支管传出，形成线形等离子体，由于筒形外壳有一定的长度，因而能有效降低各个通道口或支管处的等离子体温度。

本实用新型能在大气压下稳定工作，形成长度达100厘米的线形等离子体射流，并保持等离子体温度较低。双激励源的使用能有效地提高等离子体的均匀性，且能克服随着筒形外壳长度增加所导致的等离子体出口处活性自由基减少等缺陷。因此，本实用新型将提高大气压射流等离子体的应用范围，推动等离子体射流在大面积薄膜制备和材料表面改性上的应用。相比单冷等离子体射流并联式运行能有效地降低设备运行成本，拓宽大气压等离子体射流的应用范围。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

（1）在大气压条件下产生等离子体射流，因而无需昂贵的真空设备，操作简单便捷；

（2）装置简单便于应用；

（3）所形成的线形等离子体能应用于大面积薄膜沉积和材料表面改性，拓宽了等离子体射流的应用；

（4）双激励源的使用能有效地提高等离子体密度，从而提高线形等离子体中反应活性自由基的含量，并提高了等离子体源运行的均匀性和稳定性；

（5）可在筒形外壳壁相对的两侧同时开孔，在筒形外壳上下都形成线形等离子体，可以上下同时处理样品，提高等离子体处理的效率。

附图说明

图1是本实用新型的双功率源单边线形阵列式大气压冷等离子体射流结构示意图。

图2是本实用新型的双功率源双边线形阵列式大气压冷等离子体射流结构示意图。

图3 是本实用新型的双功率源各通道口接有软管的线形阵列式大气压冷等离子体射流结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，线形阵列式大气压冷等离子体射流发生装置，包括有金属铜制环形电极1和环形电极5，石英玻璃制成的筒形外壳2，筒形外壳2一端筒口为进气口，进气口处通过质量流量计接气瓶，也可向筒形外壳2吹入空气，另一端筒口为出气口，筒口进气口端环形电极1接频率为13.56MHz射频电源3的一极，射频电源3另一极则接地，筒口出气口端环形电极5通过导线与频率为1kHz-100kHz的交流高压外部电源6连结，交流高压电源6另一极接地，还包括筒形外壳2壁上的出气通道口4，其间距可按要求加工，在气流的引导下形成线形等离子体射流，使基片台水平方向匀速运动即可实现大面积冷等离子体处理。

如图2所示，筒形外壳2壁上下均开有均匀的出气通道口4，形成上下线形等离子体射流，可同时处理多个样品。

    如图3所示，筒形外壳2的各通道出口4处均接有软管7，通过软管7的排列实现远程线形阵列式大气压冷等离子体射流。

Claims (6)

1.一种线形阵列式大气压冷等离子体射流装置，包括有筒形外壳，所述筒形外壳一端筒口为进气口，另一端筒口为出气口，其特征在于：所述的筒形外壳单边筒壁上沿轴向方向设有等距出气通道口，出气通道口的孔径小于筒形外壳半径，筒形外壳的进气端和出气端分别固设有一个环形电极，两个环形电极分别与一个外部电源相接，外部电源另一端通过导线接地。

2.一种线形阵列式大气压冷等离子体射流装置，包括有筒形外壳，所述筒形外壳一端筒口为进气口，另一端筒口为出气口，其特征在于：所述的筒形外壳相对的上下筒壁上沿轴向方向设有等距出气通道口，出气通道口的孔径小于筒形外壳半径，筒形外壳的进气端和出气端分别固设有一个环形电极，两个环形电极分别与一个外部电源相接，外部电源另一端通过导线接地。

3.根据权利要求1或2所述的线形阵列式大气压冷等离子体射流装置，其特征在于：所述的各出气通道口外接有一根软管。

4.根据权利要求1或2所述的线形阵列式大气压冷等离子体射流装置，其特征在于：所述的筒形外壳采用石英玻璃制作而成，长度为100厘米。

5.根据权利要求1或2所述的线形阵列式大气压冷等离子体射流装置，其特征在于：所述的两个外部电源分别为射频电源和交流高压电源。

6.根据权利要求1或2所述的线形阵列式大气压冷等离子体射流装置，其特征在于：所述的环形电极采用金属铜制作而成。

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