[发明专利]一种低温范围的裸露电极型大气压等离子体发生器系统

说明书

一种低温范围的裸露电极型大气压等离子体发生器系统属于大气压射频等离子体技术领域，其特征在于包括电源、气源、发生器、等离子体气体温度调节器，输出等离子体调节接头以及处理器，其中，发生器具有同轴型电极，内电极纵剖面呈“U”字形，冷却气体进入凹槽后通过沿径向开在内电极内的多层冷却通道后进入等离子体空间，以补充等离子体输出流量，所述调节接头用于调节输出等离子体纵向高度及输出角度，处理器把输出等离子体分为[‑200℃,0℃]，(0℃,50℃]两档分档处理，对输出等离子体气体温度和流量两个参量按优先级控制，据此确定非最优参量的修正期望值。本发明具有发生器结构简单、输出等离子体可调节及调节对象针对性、选择性强的优点。

技术领域

一种低温范围的裸露电极型大气压等离子体发生器系统属于大气压射频等离子体技术领域。

背景技术

大气压低温等离子体射流发生器是近年来兴起的一种新的大气压低温等离子体放电技术，利用气流和电场的作用使放电区域产生的等离子体从喷管或孔口中喷出，在无固体边界约束的外界气体环境中作朝向工作区域的定向流动形成等离子体射流，在生物医学、材料表面处理、食品保鲜、消毒杀菌、废水处理等领域应用广泛。目前常用的低温等离子体射流源主要有两种，千赫兹电源驱动的介质阻挡放电型发生器和射频电源驱动的裸露电极型发生器。其中裸露电极型发生器即采用金属电极，在外加电源的驱动下使得工质气体放电产生等离子体，介质阻挡放电发生器则需在一个或者两个金属电极表面放置绝缘材料，如陶瓷、石英等，也可以在外加电源的驱动下使得工质气体放电产生等离子体。两者相比，裸露电极型发生器结构简单，需要冷却系统对电极进行冷却，容易产生均匀的辉光放电等离子体；而介质阻挡放电发生器击穿电压和维持放电所需的电压都较高，但由于其可以便捷地产生气体温度在室温范围的等离子体射流，例如20-40℃，被更广泛地应用于促进伤口愈合、口腔医学等方面的研究中[IEEE Trans.Plasma Sci.2019,47 4848-4860；Sci.Rep.2015,5 13849；Australas.Phys.Eng.Sci.Med.2018,41 905-917]。

随着近年来大气压低温等离子体在生物医学领域的蓬勃发展，设计一种等离子体发生器，使之能够产生气体温度可调控且温度覆盖范围较广(覆盖零下温度到室温范围)的等离子体的需求逐渐显现出来，以便适用于处理实际应用中多样化的温度敏感生物材料。已有的以生物应用为背景的大气压低温等离子体发生源的研究中，产生的等离子体平均气体温度变化往往集中在室温范围或者更高，例如用于消毒杀菌的大气压冷等离子体平均气体温度范围为20-28℃[J.Phys.D Appl.Phys.2012,45 165205]，用于诱变育种的等离子体射流平均气体温度在40℃以下[J.Appl.Microbio.2009 108 851-858]，因此需要对能产生平均气体温度范围在零下温度到室温之间的等离子体源进行研究。除了气体温度方面的要求，应用于生物领域的大气压冷等离子体发生系统还需具备以下特点：工作于开放环境下，便于与生物材料的接触及处理条件的控制；产生系统易于搭建，操作简单；产生的等离子体射流具有足够大的截面积从而对生物材料产生作用，一般要求在毫米量级及以上；等离子体射流柔和均匀，无丝状放电。