CN209120524U

CN209120524U - 基于脉冲调制射频的大气压低功耗室温等离子体射流装置

Info

Publication number: CN209120524U
Application number: CN201821595203.XU
Authority: CN
Inventors: 潘杰; 肖清华; 杨诚; 刘兆谦
Original assignee: Shandong Normal University
Current assignee: Shandong Normal University
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2019-07-16
Anticipated expiration: 2028-09-28

Abstract

本实用新型公开了一种基于脉冲调制射频的大气压低功耗室温等离子体射流装置，该装置包括工作电源、脉冲信号发生器、射频电源、射频匹配器、储气瓶和等离子发生器，所述工作电源和脉冲信号发生器分别与射频电源连接，所述射频电源的输出端与射频匹配器连接，所述射频匹配器与插装在等离子发生器中的针电极连接，所述等离子发生器的进气口端与储气瓶连接，所述等离子发生器的射流出口端套装有接地电极。本实用新型解决了现有大气压等离子体射流装置存在的造价高、功耗大和温度高问题。

Description

基于脉冲调制射频的大气压低功耗室温等离子体射流装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于脉冲调制射频的大气压低功耗室温等离子体射流装置。

背景技术

大气压等离子体射流不需要复杂的真空设备，被处理物的尺寸不受真空设备的限制，能够在大气压条件下产生和应用非平衡放电等离子体。大气压等离子体射流产生的非平衡放电等离子体富集大量的离子、电子、激发态原子和分子以及自由基等反应性活性粒子，这些粒子非常容易与所接触的材料表面发生反应，因此，大气压等离子体射流在材料表面处理方面具有许多重要的应用。与传统的低气压放电等离子体方法相比，大气压等离子体射流装置具有操作便捷和处理速度快等优点，在纳米材料的制造、加工和改性等应用以及新兴的生物医学工程、环境污染治理和等离子体化工等领域具有广阔的应用前景。

大气压等离子体射流装置中放电气体在放电区域内电离产生大量活性粒子，在气流和电场的作用下，活性粒子被排出放电区域并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运动，形成大气压等离子体射流。大气压等离子体射流既实现放电区域和工作区域的分离，又保证大部分反应性活性粒子能够被输运到被处理物的表面，并在材料表面发生复杂的物理化学过程。然而，现有的大气压等离子体射流装置存在着造价高、功耗大和温度高等问题，难以满足材料表面改性和生物医学工程等应用领域的实际需求，迫切需要对其加以改进。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于脉冲调制射频的大气压低功耗室温等离子体射流装置，解决了现有大气压等离子体射流装置存在的造价高、功耗大和温度高问题。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于脉冲调制射频的大气压低功耗室温等离子体射流装置，其特征是，包括工作电源、脉冲信号发生器、射频电源、射频匹配器、储气瓶和等离子发生器，所述工作电源和脉冲信号发生器分别与射频电源连接，用于对射频电源产生的射频信号进行调制，所述射频电源的输出端与射频匹配器连接，所述射频匹配器与插装在等离子发生器中的针电极连接，用于向针电极施加一定射频功率，所述等离子发生器的进气口端与储气瓶连接，所述等离子发生器的射流出口端套装有接地电极。

作为本实用新型的进一步限定，所述等离子发生器采用空心管状结构的空心介质管，所述空心介质管采用石英玻璃制成。

作为本实用新型的进一步限定，所述针电极的一端插装在空心介质管中，所述针电极与空心介质管之间设置有密封装置。

作为本实用新型的进一步限定，所述针电极为空心管状结构，由金属材料制成。

作为本实用新型的进一步限定，所述接地电极为环状结构，由金属材料制成。

作为本实用新型的进一步限定，所述工作电源为交流电源。

作为本实用新型的进一步限定，所述储气瓶与等离子发生器的进气口端连接的管道上设置有流量计。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的大气压低功耗室温等离子体射流装置的结构简单、使用方便、安全可靠、功耗较低；

(2)本实用新型采用脉冲信号发生器调制射频电源的连续射频信号，使放电呈现周期性，可以有效降低装置的功耗，采用射频匹配器调节射频频率，无需昂贵的真空设备，能在大气压条件下产生室温的非平衡等离子体；

附图说明

图1是大气压低功耗室温等离子体射流装置结构示意图；

其中，1、脉冲信号发生器，2、工作电源，3、射频电源，4、射频匹配器，5、储气瓶，6、气体流量计，7、空心介质管，8、针电极，9、接地电极，10、等离子体射流。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本实用新型中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本实用新型各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本实用新型中任一部件或元件，不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型提供了一种基于脉冲调制射频的大气压低功耗室温等离子体射流装置，结构简单、使用方便、安全可靠、功耗较小，产生的等离子体射流温度为室温，在材料表面改性和生物医学工程等方面具有广阔的应用前景。

图1中，所述大气压低功耗室温等离子体射流装置包括脉冲调制射频模块、供气模块和等离子体发生器。

具体地，所述脉冲调制射频模块包括脉冲信号发生器1、工作电源2、射频电源3和射频匹配器4，所述工作电源2与射频电源3连接，用于向射频电源施加工作电源信号；所述脉冲信号发生器1与射频电源3连接，用于产生方波信号调制射频电源产生的连续射频信号，使得外施电源信号和放电等离子体均呈现周期性；所述射频电源3与射频匹配器4相连，用于产生连续或调制射频信号，并传输至射频匹配器，所述射频匹配器，用于匹配射频电源与等离子体发生器的阻抗，从而减小系统的反射功率损耗，使得等离子发生器能在入射功率为8W，反射功率接近0W的情况下产生稳定的室温非平衡放电等离子体。

所述供气模块包括用于存储放电气体的储气瓶5和气体流量计6，所述储气瓶5与等离子发生器连接，用于向等离子发生器提供放电气体；所述气体流量计6设置在储气瓶5与等离子发生器连接的管路上，用于控制放电气体的流量，有利于产生稳定的非平衡放电等离子体。

所述等离子发生器包括空心介质管7、针电极8和接地电极9，所述空心介质管的两端开口，与储气瓶5相连的一端为进气口，另一端为射流出口；所述针电极8的一端插装在空心介质管7中，所述针电极8与空心介质管7之间设置有密封装置，所述针电极8与射频匹配器4连接，用于接收射频匹配器提供的射频功率，进行放电；所述空心介质管的射流出口端套装有接地电极，所述接地电极接地。

工作时，调节工作电源功率，同时调节射频匹配器，使等离子发生器的入射功率为8W，反射功率接近0W，储气瓶内放电气体经过气体流量计调节流量后，从进气口流入空心介质管，放电气体从针电极内部流过，经过针电极的出口端流出，在针电极与接地电极之间形成的放电区域内产生室温非平衡放电等离子体。

本实施例中，所述射频电源的工作频率为13.56MHz的工业标准频率。所述工作电源为交流电源，工作频率为50Hz。

本实施例中，所述针电极为空心管状结构，由金属材料制成，可为金属铜材料。所述接地电极为环状结构，由金属材料制成，可为金属铜材料。

本实施例中，所述空心介质管采用石英玻璃制成的空心管状结构，长度为20厘米。

在本实施例中，所述密封装置可使用已知技术来实施，如可为密封圈。

如图1所示，本实用新型提出的基于脉冲调制射频的大气压低功耗室温等离子体射流装置使用时，储气瓶5内放电气体经过气体流量计6调节流量后，从进气口流入空心介质管7，放电气体从针电极8内部流过，经过针电极出口端流入由针电极和接地电极之间形成的放电区域内，调节工作电源2功率，同时调节射频匹配器4向针电极施加一定射频功率，在放电区域内使放电气体产生室温非平衡放电等离子体，在流动气体作用下，放电区域等离子体被喷出空心介质管7的射流出口端形成等离子体射流10。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims

1.一种基于脉冲调制射频的大气压低功耗室温等离子体射流装置，其特征是，包括工作电源、脉冲信号发生器、射频电源、射频匹配器、储气瓶和等离子发生器，所述工作电源和脉冲信号发生器分别与射频电源连接，对射频电源产生的射频信号进行调制，所述射频电源的输出端与射频匹配器连接，所述射频匹配器与插装在等离子发生器中的针电极连接，向针电极施加一定射频功率，所述等离子发生器的进气口端与储气瓶连接，所述等离子发生器的射流出口端套装有接地电极。

2.根据权利要求1所述的基于脉冲调制射频的大气压低功耗室温等离子体射流装置，其特征是，所述等离子发生器采用空心管状结构的空心介质管，所述空心介质管采用石英玻璃制成。

3.根据权利要求2所述的基于脉冲调制射频的大气压低功耗室温等离子体射流装置，其特征是，所述针电极的一端插装在空心介质管中，所述针电极与空心介质管之间设置有密封装置。

4.根据权利要求1所述的基于脉冲调制射频的大气压低功耗室温等离子体射流装置，其特征是，所述针电极为空心管状结构，由金属材料制成。

5.根据权利要求1所述的基于脉冲调制射频的大气压低功耗室温等离子体射流装置，其特征是，所述接地电极为环状结构，由金属材料制成。

6.根据权利要求1所述的基于脉冲调制射频的大气压低功耗室温等离子体射流装置，其特征是，所述工作电源为交流电源。

7.根据权利要求1所述的基于脉冲调制射频的大气压低功耗室温等离子体射流装置，其特征是，所述储气瓶与等离子发生器的进气口端连接的管道上设置有流量计。