[发明专利]一种小型火花放电低温等离子体装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种小型火花放电低温等离子体装置，属于低温等离子体技术领域。

背景技术

现有的低温等离子体处理装置多采用介质阻挡放电、滑动电弧和电晕放电等放电方式，在一定场合能满足杀菌消毒，材料处理等处理需求，但是针对一些高强度材料处理和难杀灭细菌等处理需求，其适用性有限;与这些放电相比，火花放电产生的等离子体具有更高的强度，但目前火花放电等离子体多应用于火花塞、材料制备等工业领域，产生的等离子体的温度较高，功率较大，设备体积较大，而应用于生物医学及材料领域的小型火花放电低温等离子体技术和装置不多。此外，现有火花放电低温等离子体技术，其放电频率通常固定，因此单位时间内作用于待处理物的等离子体剂量无法改变；放电强度固定，导致火花放电产生的能量及作用强度不具可调性，无法满足根据处理性质不同、需求不同的待处理物的应用需求，尤其是处理人体、细胞以及特殊材料等。就低温等离子体材料处理和生物医学应用需求来说，不同的材料、细胞、细菌等物质的表面性能不一样，断键和分子重组所需要的能量不同，选择合适的能量才能保证最佳的处理效果；另外等离子体生物医学等应用中也需要装置的小型化和便携化，以提高使用方便性和灵活性。针对如上需求，本发明设计了一种放电频率、放电强度可调节的小型火花放电低温等离子体装置，该装置具有结构简单、灵活性好、调节方便和便携式的特点，该装置可方便调节产生的具有较高活性的低温等离子体，能够直接作用于人体、细胞、特殊材料等，有较高的灵活性和较强的稳定性，特别适用于伤口凝血，杀菌消毒，细胞处理、材料改性等生物医学及材料领域的应用。

大气压低温等离子体中含有大量的自由基、活性粒子等，其产生不需要真空环境，成本低，操作简便，在环境保护、材料改性、医学、农业、航天航空等领域具有广阔的应用前景。传统的化学或物理方法处理，可能对处理物造成一定的损伤或化学残留，而采用大气压低温等离子体处理，可在对处理物不造成伤害的条件下，有效改善处理物的性能，以满足应用需求，是干式、环保节能的清洁处理方式。

大气压低温等离子体的产生方式主要包括介质阻挡放电、滑动电弧放电、电晕放电和火花放电等。目前，已报道的低温等离子体处理装置大多都依托于这些放电形式，如专利CN 102946685 A介绍了一种大气压诱导空气低温等离子体装置，在平板电极之间产生相对均匀弥散的低温等离子体，以应用于物质表面改性和灭菌消毒等，如专利CN 101156955 A报道了一种非平衡等离子体式喷雾杀菌消毒剂发生装置，利用水气混合物驱动喷头内形成的电弧，作为一种杀菌消毒剂。如专利CN 104189931 A报道了一种利用电晕放电产生臭氧进行杀菌消毒的装置。以上技术在一定场合能够满足杀菌消毒、材料处理等的需求，但是针对一些高强度材料处理和难杀灭细菌等处理需求，其适用性有限。而火花放电较介质阻挡放电、滑动电弧放电和电晕放电而言，产生的等离子体中粒子能量相对较高，且能够产生少量的紫外光，更适合对一些表面性能较高的物质或杀灭难灭活细菌进行处理，因此在生物医学、材料处理等领域可能获得更好的处理效果。但现有火花放电低温等离子体技术，主要用于放电加工和火花塞等领域，其运行温度较高，另外其放电频率通常固定，因此单位时间内作用于待处理物的等离子体剂量无法改变；放电强度固定，导致火花放电产生的能量及作用强度不具备可调性，无法满足根据处理性质不同、需求不同的待处理物的应用需求来进行灵活调节，尤其是处理人体、细胞以及特殊材料等；就低温等离子体材料处理和生物医学应用需求来说，不同的材料、细胞、细菌等物质的表面性能不一样，断键和分子重组所需要的能量不同，选择合适的能量才能保证最佳的处理效果；专利US 2012/0296265 A1报导了一种用于处理皮肤溃疡的火花放电装置，该专利采用直流电源供电驱动针—孔电极结构，利用空气流促进等离子体吹出反应器，来产生适合处理皮肤的火花放电。该技术实现需要额外通入气体，设备较为复杂，并且火花放电频率固定、放电强度固定，不能因处理对象要求调节放电强度;因此为适用低温等离子体生物医学及材料处理需求，需要开发强度可调的小型化火花放电低温等离子体装置。