[实用新型]一种在大气压空气中产生大间隙、大面积均匀放电等离子体的装置

说明书

本实用新型提供一种在大气压空气中产生大间隙、大面积均匀放电等离子体的装置，属于大气压低温等离子体技术领域。装置包括上电极、上介质板、下电极、下介质板、金属柱、风道系统和纳秒脉冲电源，有两种形式：一种上、下电极结构对称，另一种上、下电极结构不对称。上、下介质板之间的距离为放电间隙，放电间隙为1‑15mm，通过垫片调整；金属柱与放电间隙等高度，放置于放电间隙之间；风道系统放置于装置整个装置的侧面，用于向放电间隙引入气流。本实用新型能够实现放电间隙为5‑10mm的均匀放电，在大气压空气中产生大间隙、大面积均匀放电等离子体。

技术领域

本实用新型属于大气压低温等离子体技术领域，涉及一种在大气压空气中产生大间隙、大面积均匀放电等离子体的装置。

背景技术

在工业生产中，一般会采用在技术上较容易控制的气体放电方式产生低温等离子体。气体放电产生的等离子体的形式主要有电晕放电、弧光放电、辉光放电和介质阻挡放电等几种。电晕放电产生的低温等离子体主要分布在极不均匀电场中的强电场区域，不适于工业大规模应用，而且电晕放电较弱，产生等离子体及活性粒子的效率太低。弧光放电因产生的等离子体的温度过高，从而限制了其在工业生产中的应用。辉光放电一般在低气压下进行，需要真空系统，在工业化处理过程中需要不断的打开真空室取出成品，添加试品，难以连续生产，生产效率低。最适合工业生产应用的是大气压下的介质阻挡放电。

介质阻挡放电的特点是在电极间安插介质，这样可以防止在放电空间形成局部火花或者弧光放电，其工作气压范围很宽，可以在大气压下产生稳定的低温等离子体。目前，介质阻挡放电在臭氧的生成、材料的表面改性、杀菌消毒、新型光源、薄膜沉积、电磁波屏蔽、环境保护等工业领域具有广泛的应用前景。大气压下的介质阻挡放电有两种放电模式，即丝状放电和均匀放电。丝状介质阻挡放电在放电空间存在大量的高能量密度的电流细丝，其不均匀性和能量密度集中性限制了其在很多工业领域的应用前景，如材料表面改性、薄膜沉积、杀菌消毒、废气处理等。对于强调均匀性的应用，放电的不均匀性会导致材料处理不均匀；对于不强调均匀性的应用，丝状放电的效率低。因此，相比于大气压丝状介质阻挡放电，大气压空气中形成的均匀介质阻挡放电在节约成本、提高生产效率以及优化处理效果等方面都体现着明显的优势。

目前，采用传统的平行板结构能够产生大气压均匀的介质阻挡放电，但是工作气体主要集中在惰性气体和氮气中，其中惰性气体的价格昂贵，而且氮气作为工作气体，需要密闭的工作腔室。这不仅增加了生产成本而且降低了生产效率。因此，最适合大规模工业应用的便是在大气压空气中实现均匀介质阻挡放电。

然而，在大气压空气中实现均匀的介质阻挡放电相对较难，这是因为空气是由氮气、氧气和水蒸气等气体组成的混合气体。空气中介质阻挡放电电离产生少量的激发态粒子会与电负性的氧气分子发生反应而快速消失。另外电负性的氧气分子还会吸附电子，导致放电空间的自由电子减少，形成流注放电。现有研究结果表明在大气压下实现空气均匀介质阻挡放电的间隙均小于5mm。当放电间隙大于5mm时，无论选择何种电源激励，得到的只能是丝状放电而非均匀放电。有理论计算证明当空气间隙大于5mm时，如果不设法降低击穿场强，将无法产生空气中均匀介质阻挡放电。

而本申请采用简单改进的介质阻挡放电结构，能够在大气压空气间隙5-10mm范围内产生大面积均匀介质阻挡放电等离子体，对未来的工业化应用发挥着一定的作用。

实用新型内容

针对现有技术不能在空气间隙大于5mm产生均匀介质阻挡放电的困难，本实用新型提供一种大气压空气中产生大间隙、大面积均匀放电等离子体的装置及使用方法。

本实用新型的技术方案为：

一种在大气压空气中产生大间隙、大面积均匀等离子体的装置，该装置包括上电极、上介质板、下电极、下介质板、金属柱、风道系统和纳秒脉冲电源。装置具有两种结构形式，能够得到相同的实验现象，即在大气压空气中，实现放电间隙为5-10mm的均匀介质阻挡放电。