CN2604848Y - 一种新型的常压射频冷等离子体发生器 - Google Patents
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Abstract
一种新型的常压射频冷等离子体发生器，包括一外壳，该外壳一端封闭，另一端设有喷口，其特征在于：该外壳内设有射频电极和包覆在该射频电极外围的地电极，该射频电极与该地电极之间位于外壳的封闭端处设有绝缘体，该射频电极与射频电源连接，该地电极接地，该射频电极与地电极之间形成放电区间，该放电区间一端与封闭端绝缘体内的进气导管相通，该进气导管与供气源连通，另一端有端面放电区间，并与地电极多孔喷口相通，经过电离后的等离子体由地电极多孔喷口喷出，放电是在常压下进行的。本实用新型能在大气压下产生低温、大面积、由射频低电压击穿电离的，稳定放电的冷等离子体束流，从而为等离子体技术在清洗、杀菌、消毒等广泛领域的应用开辟了道路。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种等离子体发生器，尤指一种常压下在射频电极与地电极之间的空隙上产生冷等离子体，并通过喷口向外喷出该冷等离子体束流的发生器。
【背景技术】
等离子体技术是在近年才迅速发展起来的，并已得到广泛的应用，例如可用于：(1)微电子工业硅片清洗，替代目前的酸和去离子水清洗。(2)清洗所有的生化污染表面，包括被生化武器污染的表面和空间。(3)替代湿化学法，可用于制药和食品行业原位消毒。(4)用于医疗器件消毒和皮肤病的治疗。(5)用于清洗放射性材料表面，试验证明等离子体技术是目前唯一可行的手段，而目前世界上的废弃放射性材料只能填埋处理。(6)食品保鲜杀菌。(8)纺织企业衣料改性。(9)刻蚀金属、半导体和电介质材料等。
在空气中，要使气体击穿电离产生等离子体需要几千伏的高压。目前生成等离子体主要有两种方式：一种是利用电弧产生等离子体，电弧放电时气体温度将高达3000℃以上，产生的直流热平衡等离子体炬，可用于金属的切割、焊接和表面喷涂。但高温的等离子体炬也限制了它的用途，因为它会烧毁所有面对的物品。另一种方式是利用电晕放电产生等离子体，但电晕放电难以产生均匀大面积等离子体，在几千伏的高压下，电流范围仅为微安培量级，一般只是用来产生臭氧作消毒用。现有的等离子体技术要使气体在非高压下击穿产生等离子体，并维持稳定大面积非热放电，只能在真空室中进行，从而限制了它的应用。
【实用新型内容】
本实用新型的目的在于提供一种新型的常压射频冷等离子体发生器，能在大气压下稳定工作并能产生多孔喷出的冷等离子体束流，从而为等离子体技术在清洗、杀菌、消毒等广泛领域的应用开辟了道路。
为了达到上述目的，本实用新型提供一种新型的常压射频冷等离子体发生器，包括一外壳，该外壳一端封闭，另一端设有喷口，其特征在于：于该外壳内设有射频电极和包覆在该射频电极外围的地电极，该射频电极沿轴向开设有长条形槽，其深度与宽度的比值为2-3量级，该射频电极与该地电极之间设有绝缘体，该射频电极与该地电极之间设有射频放电区间，该射频放电区间一端与绝缘体内的进气导管相通，该进气导管与供气源连通，另一端有端面放电区间，并与地电极多孔喷口相通，气体进入射频放电区形成冷等离子体后由地电极多孔喷口喷出。
所述的一种新型的常压射频冷等离子体发生器，其特征在于：该射频电源是13.56MHz或27.12MHz的射频电源。该等离子体放电是在正常大气压下进行的，并且是有射频低电压击穿气体，气体被射频击穿时的均方根电压为50伏至250伏范围。
所述的一种新型的常压射频冷等离子体发生器，其特征在于：该射频放电是在射频电极侧面和一个端面上同时发生，该端面上的放电可使喷出的多孔等离子体束流均匀一致。
所述的一种新型的常压射频冷等离子体发生器，其特征在于：该射频电极沿轴方向开有长形槽，其深度与宽度的比值为2-3范围。
所述的一种新型的常压射频冷等离子体发生器，其特征在于：该地电极喷口为多孔喷口。
所述的一种新型的常压射频冷等离子体发生器，其特征在于：该供气源所供气体是氩气或氦气。
所述的一种新型的常压射频冷等离子体发生器，其特征在于：该供气源所供气体是氩气或氦气与少量的反应气体或液体的混合气体。
所述的一种新型的常压射频冷等离子体发生器，其特征在于：该射频电极和地电极外围分别设有冷却循环水管。
所述的一种新型的常压射频冷等离子体发生器，当其功率超过300瓦时，可在该射频电极，地电极和直流电极外围分别设冷却循环水管。
本实用新型的一种新型的常压射频冷等离子体发生器能在大气压下稳定工作，其优点是：1，采用射频电源在常压下能产生均匀大面积的冷等离子体，过去此类冷等离子体只能在真空室里发生。2，采用端面放电和多孔地电极喷口可以提高喷出等离子体的均匀性。3，射频电极沿其轴向开有长条形槽，由于槽内壁上具有相同电势，槽形结构可有效避免电荷在电极表面的聚集，因此会有效避免两电极之间拉弧。4，不但能用氦气作为载入工作气体，而且可以用氩气作为载入工作气体，并可以添加其它任何反应气体和液体成份。5，其喷出的等离子体束流温度通常小于200摄氏度，而喷出束流中几乎不含有离子成份。6，直接可以采用13.56MHz或27.12MHz的射频电源来激发放电，其击穿放电时的均方根电压仅为50伏至250伏之间，因此它不同于高压电晕放电，起辉频率范围为1至100千赫兹，起辉均方根电压为1至5千伏。
本实用新型的一种新型的常压射频冷等离子体发生器可喷出含有大量的亚稳态的活性成份的冷等离子体束流，由于是在大气压下，因此该束流几乎不含有离子成份。本发明的主要用途是：通过喷出的含有大量活性成份的大面积等离子体束流，可用于清洗所有有机物质所带来的表面污染和生物病毒和细菌所造成的表面污染，例如，用氧气作为反应气体时，其活性氧能很快与有机和生物体反应形成二氧化炭和水，由于束流温度较低，所以用它对被污染物体表面进行清洗和灭菌时不会对基底造成破坏，也不会带来二次污染。通过改变不同的反应气体，可用于对物体表面进行改性，刻蚀有机和无机材料以及化学气相沉积薄膜材料。
通过改变放电功率，气体流量，气体成份可以控制等离子体束流喷出的长度和避免电极之间的拉弧现象。
【附图说明】
图1为本实用新型的结构剖视示意图；
图2为本实用新型的射频电极端面示意图。
首先，请参阅图1，本发明的常压射频和直流混合型冷等离子体发生器，包括喷枪、射频电源101、供气源102，该喷枪包括一外壳，该外壳设有一绝缘体104和地电极115，该地电极设有多孔喷口118，于该外壳内设有射频电极103，该射频电极103为圆柱形，沿其轴向设有长条形槽116虚线表示，图2为射频电极端面槽形图201。该地电极115包覆在该射频电极103外围，该地电极115的内腔具有圆孔形状。该射频电极103与射频电源101连接，该地电极115接地，该射频电极103与地电极115之间靠近外壳的封闭端处设有绝缘体104，该绝缘体104内设有两边对称的进气通孔105，该通孔一端与放电区间108相通，另一端与进气导管107相通，该进气导管107通过减压控制阀门106与供气源102连通。在该射频电极103与该地电极115之间形成圆筒放电区间108和端面放电区间117，被引入的气体经过放电区间108和117形成等离子体，该等离子体通过地电极多孔喷口118向外喷出。该地电极115及该射频电极103可由金属材料，如不锈钢，铝，铜等加工制成，绝缘体104可用陶瓷、聚四氟乙烯等绝缘材料。
射频电源101可采用13.56MHz或27.12MHz或其它频率的射频电源来激发放电，放电是在常压下进行的。
可以采用氩气或氦气作为载入工作气体，另外，可根据不同的需要，混合加入少量的反应气体或液体成份，如氧气，氮气，炭氟四，水等，所占总气体量的比例为5％以内。气体在放电区间被电离形成等离子体，然后通过喷口向外喷出带有大量活性原子和分子束流。根据需要调节放电时的功率和进气量来控制喷出等离子体的束流长度。
在放电功率大于300瓦时，应对两个电极采用水冷，例如在该射频电极和地电极外围分别设有冷却循环水管。试验证明，当放电功率小于300瓦时，没有必要使用水冷。
Claims (10)
1、一种新型的常压射频冷等离子体发生器，包括喷枪、射频电源、供气源，其特征在于：于该喷枪包括一外壳，该外壳一端封闭，另一端设有多孔喷口，于该外壳内设有射频电极、包覆在该射频电极外围的地电极。该射频电极与射频电源连接，该地电极接地，该射频电极与该地电极之间设有绝缘体，该射频电极与该地电极之间设有放电区间，该放电区间一端与进气导管相通，该进气导管与供气源连通，另一端有端面放电区间，并与地电极多孔喷口相通，放电是在常压下进行的。
2、如权利要求1所述的一种新型的常压射频冷等离子体发生器，其特征在于：该射频电源是13.56MHz或27.12MHz的射频电源，气体被击穿的均方根电压在50伏至250伏之间。
3、如权利要求1所述的一种新型的常压射频冷等离子体发生器，其特征在于：该射频放电是在射频电极和地电极之间的空隙中进行的。
4、如权利要求1所述的一种新型的常压射频冷等离子体发生器，其特征在于：该射频电极沿其轴方向开有长形槽，其深度与宽度的比值为2-3范围。
5、如权利要求1所述的一种新型的常压射频冷等离子体发生器，其特征在于：该地电极喷口为多孔喷口。
6、如权利要求1所述的一种新型的常压射频冷等离子体发生器，其特征在于：该射频放电是在射频电极和地电极之间的空隙中进行的，在该空隙所产生的等离子体经过地电极多孔喷口向外喷出。
7、如权利要求1所述的一种新型的常压射频冷等离子体发生器，其特征在于：该供气源所供气体是氩气或氦气。
8、如权利要求1所述的一种新型的常压射频冷等离子体发生器，其特征在于：该供气源所供气体是氩气或氦气与少量的反应气体或液体的混合气体。
9、如权利要求1所述的一种新型的常压射频冷等离子体发生器，其特征在于：该射频电极和地电极外围分别设有冷却循环水管。
10、如权利要求1所述的一种新型的常压射频冷等离子体发生器，其特征在于：该外壳与地电极可设为一体。
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