[发明专利]一种介质阻挡放电串联微波放电的等离子体发生装置

说明书

本发明公开了一种介质阻挡放电串联微波放电的等离子体发生装置，包括放电管、高压电源、两个介质阻挡电极、微波源、微波腔体组成，所述电管由两个不同外径的放电管组成，用于将介质阻挡放电和微波放电串联在一起。气体通入介质阻挡放电管，在与高压电源相连接的两个相邻电极间形成长度足够到达微波腔体的介质阻挡等离子体射流，其产生的低电离能的激发态粒子到达微波腔体后可以促进微波放电产生微波等离子体，进而形成串联放电。本发明充分利用介质阻挡放电中发生的潘宁和光激发过程，不仅可以降低微波放电中工作气体的击穿功率和等离子体所需的维持功率，还可改善放电动力学，从而最大限度的提高能量利用率。

技术领域

本发明属于等离子体发生装置领域，特别涉及一种介质阻挡放电串联微波放电的等离子体发生装置。

背景技术

介质阻挡放电是一种常见的非平衡等离子体放电，当施加一定的电压时，从阴极逸出的电子被击穿，产生大量空间电荷形成流柱，因此介质阻挡放电的典型放电模式为流柱放电或丝状放电。介质阻挡放电凭借其放电装置易于实现、放电电压和频率范围宽和能量利用率高等特点，被广泛应用于各个领域，例如介质阻挡等离子体在生物医疗、污染物控制与处理以及气体转化等领域的研究。

一般通过同轴电缆或矩形波导由微波源提供给等离子体反应器中的工作气体足够强的能量，就可以使气体击穿产生微波放电。在微波等离子体中，由于电子比中性粒子和离子轻得多使它们更容易加速，所以它们接受了放电的大部分能量输入，最终导致电子温度可以远远高于气体温度。因此，我们不需要加热整个气体，这些高能电子就可以通过碰撞过程使重粒子经历电离、激发和解离过程。微波等离子体应用广泛，主要包括分析仪器、气体转化、半导体生产和金属薄膜及材料的制备与改性等领域。

现有的介质阻挡放电及微波放电技术中，等离子体发生装置结构复杂、操作繁琐，且往往只是将介质阻挡放电作为微波放电的点火器，给整体装置带来的有益效果有限，能耗也非常大，因此，提供一种装置简洁、操作简便，并且能够改善能量利用率的等离子体发生装置，能够改善现有技术的不足。

发明内容

本发明旨在提供一种介质阻挡放电串联微波放电的等离子体发生装置，采用介质阻挡放电和微波放电串联的方式，装置简洁、操作简便、耗气量小、能耗低。以实现在降低微波放电的击穿功率和维持放电所需功率下，改善放电动力学，从而最大限度的提高能量利用率。

为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：

一种介质阻挡放电串联微波放电的等离子体发生装置，包括放电管、高压电源、两个相邻的介质阻挡电极Ⅰ及介质阻挡电极Ⅱ、微波源、微波腔体及供气装置；所述的放电管由两个内径相同、外径不同的放电管串联组成，外径小的放电管为介质阻挡放电管，外径大的放电管为微波放电管，其中介质阻挡放电管靠近供气装置的进气口，微波放电管安装在微波腔体中，供气装置产生的气体从介质阻挡放电管流入，从微波放电管流出；介质阻挡电极Ⅰ及介质阻挡电极Ⅱ覆盖在介质阻挡放电管外侧并且与高压电源相连。

进一步地，所述的微波放电管、微波腔体和微波源组成微波放电系统，所述的微波放电系统还包括安装在微波腔体内用于调节微波耦合的管状结构主调节件、安装在主调节件管腔内用于调节微波耦合的管状结构微调节件和微波天线耦合件，所述主调节件设计有与微波腔体内壁滑动配合的环形塞盘，所述微波天线的耦合件位于主调节件环形塞盘与微波腔体之间的微波放电管上，通过微波天线连接件和接口件与微波源连接。

进一步地，所述的介质阻挡电极Ⅰ及介质阻挡电极Ⅱ通过导线与高压电源相连，其中，与高压电源的正极相连的介质阻挡电极Ⅰ位置靠近供气装置的进气口，与高压电源的接地阴极相连的介质阻挡电极Ⅱ位置靠近微波腔体，朝向下游微波放电管的方向形成介质阻挡等离子体射流。