[发明专利]一种产生大气压均匀放电的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温气体放电方法，具体地说是一种产生大气压均匀放电的装置及方法。

背景技术

气体放电产生的低温等离子体具有非常广泛的应用，例如在工业领域可以制作紫外光源、大面积平板显示器，同时还可以用于微化学分析、生物医学、材料表面改性和加工、环境污染物的处理等，在军事上可用于飞行器减阻、航空器隐身等。因此，低温等离子体技术是一个关系民生医疗、国家能源、环境、国防安全的重要技术。低温等离子体应用虽如此广泛，但它也有明显的局限性。这是由于低温等离子体一般产生在低气压下，因此需要真空设备和随之而来的高昂维护费，同时真空装置的存在不利于实现大规模流水线作业。这些都限制了等离子体技术的研究和应用。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种产生大气压均匀放电的装置，以使低温等离子体在大气压中产生，从而避开对真空装置的依赖，减少低温等离子体技术的研究成本，适于批量生产。

本发明的目的之二就是提供一种产生大气压均匀放电的方法，以在气体消耗量较小的情况下产生大间隙、大气压均匀放电，进而降低运行费用。

本发明的目的之一是这样实现的：一种产生大气压均匀放电的装置，包括放电机构、供气机构和高压电源；

所述放电机构包括空心针电极、平板电极和玻璃管；所述空心针电极与所述高压电源电连接，所述平板电极与地线相连接；所述空心针电极的后端插接在所述玻璃管的前端出气口上，所述空心针电极的前端为放电端，并与所述平板电极的极板板面相对，所述玻璃管的后端进气口连接所述供气机构；

所述供气机构包括供气管路和向所述放电机构提供氮气和/或惰性气体的气瓶或气泵；所述供气管路的一端与所述玻璃管相连通，所述供气管路的另一端接所述气瓶或所述气泵；在所述供气管路上设置有气阀、气压表和流量计；

所述空心针电极与所述平板电极处于大气环境中，在所述高压电源接通使所述空心针电极带电、并且在氮气和/或惰性气体注入并通过所述空心针电极喷出时，在所述空心针电极的放电端与所述平板电极之间形成的放电区域内即可产生大气压均匀放电。

所述平板电极设置在一个绝缘桌面上，极板板面向上；在所述绝缘桌面上设置有纵向导轨，在所述导轨上接有可定位的滑动支架，所述玻璃管固定在所述滑动支架上，使所述空心针电极的放电端向下指向所述平板电极。

在所述放电机构中包括有至少两个所述空心针电极和与所述空心针电极数量相同的平板电极，所述空心针电极并联连接后，再与所述高压电源电连接；所述平板电极并联连接后，再与地线相接；每个所述空心针电极插接在一个所述玻璃管前端的出气口上，所述供气机构中的所述气瓶或气泵为每个所述玻璃管提供氮气和/或惰性气体。

所述高压电源为正极性直流高压电源、负极性直流高压电源或频率为0~20MHz的交流高压电源；所述高压电源的峰值电压为±50kV，所述高压电源的峰值电流为100mA。

在所述高压电源与所述空心针电极之间串接有50kΩ~50MΩ的镇流电阻。

所述平板电极的极板板面为圆形或方形，所述平板电极的极板板面面积远大于所述空心针电极放电端的端部面积。

所述空心针电极的放电端的端面为平面或锥面，所述空心针电极的放电端与所述平板电极极板板面之间的最大放电距离为10cm。

本发明的空心针电极和平板电极处于大气环境中，空心针电极电连接高压电源，平板电极接地，供气机构通过玻璃管向空心针电极提供氮气和/或惰性气体，因此可在空心针电极的放电端与平板电极极板板面之间产生大气压均匀放电，由大气压均匀放电所产生的低温等离子体脱离了对真空装置的依赖，从而可降低生产成本，易于实现大规模工业化应用。

本发明的氮气和/或惰性气体沿空心针电极进入放电机构中的放电空间，气体消耗量小，相比由喷枪产生的大气压均匀放电经济性好。

本发明的两个放电电极之间的间隙大，最大可达10cm，可清楚地观测到放电等离子体；利用该装置可以系统地研究在大气压下辉光、电晕及流光等放电等离子体的激发原理和影响因素，对大气压放电产生的等离子体技术的研究、教学以及工业化应用将会有积极的推广作用。

通过对高压电源极性、氮气和/或惰性气体流量、两个放电电极的间距、空心针电极的内外半径等不同参数的调控，可实现对所产生的大气压均匀放电的控制。在需要时，本发明还可以并联多个放电机构，从而产生具有更大面积或更大体积的大气压均匀放电。本发明结构简单，操作方便，价格低廉，适合批量生产，有利于工业化推广应用。