專利名稱：大氣壓彌散型冷等離子體發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體發(fā)生技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及大氣壓彌散型冷等離子體發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
大氣壓低溫等離子體是在大氣壓條件下，電極之間氣體擊穿電離而形成等離子體，等離子體是含有大量的電子、離子、激發(fā)態(tài)原子和自由基的電中性的電離氣體。等離子體具有的獨(dú)特物理和化學(xué)性質(zhì)，如等離子體中富含高能粒子，更易于和所接觸的材料發(fā)生反應(yīng)，因此可以利用等離子體來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物體表面改性、表面清洗、新材料等制備方面。目前的研究表明，利用等離子體放電可以快速殺滅物體表面的細(xì)菌，在一定的功率密度下，等離子體氣體的溫度保持在較低的水平，可以與人體直接接觸。因此大氣壓低溫等離子體在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用成為目前研究熱點(diǎn)。對(duì)于大氣壓低溫等離子體在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用，通常采用氦氣作為載氣來(lái)產(chǎn)生低溫等離子體，對(duì)材料及人體細(xì)胞損傷較小，而且人體可以直接和氦氣等離子體直接接觸。但是氦氣作為載氣在實(shí)際使用中成本昂貴，而且需要附屬的載氣設(shè)施，使得等離子體發(fā)生裝置較為復(fù)雜。常見(jiàn)的大氣壓低溫等離子產(chǎn)生方式有介質(zhì)阻擋放電、電暈放電等。DBD等離子體有以下缺點(diǎn)(I)DBD由一些放電細(xì)絲組成，難以對(duì)材料表面進(jìn)行均勻處理；(2)由于介質(zhì)層的加入，使得擊穿電壓升高，在等離子體醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用中可能對(duì)人體產(chǎn)生電擊的危險(xiǎn)。另外DBD放電細(xì)絲直徑很小但電流密度很大，可能使介質(zhì)或被處理物體表面燒蝕或穿孔，局部較高的溫度同樣會(huì)妨礙等離子體子在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。常規(guī)的電暈放電結(jié)構(gòu)為線筒式結(jié)構(gòu)、線板式結(jié)構(gòu)、針板式結(jié)構(gòu)，電暈放電的電暈區(qū)較小，僅限于電暈電極附近，放電電流也比較弱。雖然常規(guī)電暈放電電流很小，但是人體在接觸其高壓電極時(shí)，仍然有被電擊的危險(xiǎn)。若提高放電電壓容易形成火花擊穿。實(shí)現(xiàn)大氣壓下的輝光形式的均勻穩(wěn)定放電十分困難，關(guān)鍵問(wèn)題在于如何降低放電場(chǎng)強(qiáng)，使得放電處于電子崩階段，限制電流密度的自由增長(zhǎng)，抑制放電向流注階段的發(fā)展。
如何使用廉價(jià)氣體(比如空氣)、降低放電場(chǎng)強(qiáng)同時(shí)放電過(guò)程中能夠抑制電流密度的自由增長(zhǎng)，在大氣壓條件下產(chǎn)生等離子體并在等離子體醫(yī)學(xué)中的到安全應(yīng)用，同時(shí)降低應(yīng)用成本，是目前等離子體發(fā)生器的一大難題。

發(fā)明內(nèi)容
為了避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種大氣壓彌散型冷等離子體發(fā)生裝置。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種大氣壓彌散型冷等離子體發(fā)生裝置，其特征在于包括有絕緣外殼，絕緣外殼的底部連接有一絕緣噴頭，絕緣外殼與絕緣噴頭之間橫設(shè)有一絕緣支撐架，所述絕緣外殼的內(nèi)部上方設(shè)有高壓直流電源，絕緣外殼的頂部外壁上設(shè)有開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)與高壓直流電源控制連接，位于絕緣外殼內(nèi)高壓直流電源的輸出高壓端通過(guò)高壓線連接有高壓電極，高壓電極的一端穿過(guò)絕緣支撐架伸至絕緣噴頭中且高壓電極與絕緣支撐架之間固定連接，位于絕緣外殼的側(cè)壁上設(shè)有接地電極一，位于絕緣噴頭的噴嘴的下方設(shè)有接地電極二，高壓直流電源的輸出低壓端、接地電極一、接地電極二均接地。所述的大氣壓彌散型冷等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述高壓直流電源采用內(nèi)置干電池供電，由開(kāi)關(guān)控制。所述的大氣壓彌散型冷等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述高壓直流電源內(nèi)部有采樣電路部分，當(dāng)產(chǎn)生等離子體時(shí)，高壓直流電源電流輸出為尖脈沖。所述的大氣壓彌散型冷等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述高壓電極為耐腐蝕的導(dǎo)電材料，采用單電極或者多電極，其中多電極采用矩陣式或者線性排列。所述的大氣壓彌散型冷等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述絕緣支撐架用于高壓電極的固定和支撐，絕緣支撐架上開(kāi)有多個(gè)通氣小孔。本發(fā)明的工作原理是
本發(fā)明為防止放電向弧光方向轉(zhuǎn)換，維持穩(wěn)定的低溫等離子體，高壓直流電源內(nèi)部具有自動(dòng)降壓限流的功能；內(nèi)部有采樣電路部分，當(dāng)產(chǎn)生等離子體時(shí)，電源電流輸出為尖脈沖；通過(guò)采樣及控制電路的反饋和調(diào)整，使電源輸出電壓降低，低于氣體的擊穿電壓，此時(shí)放電停止，防止了放電向弧光轉(zhuǎn)換；隨著放電的停止，電源輸出電壓再次高于氣體的擊穿電壓，如此往復(fù)；由于整套系統(tǒng)采用自動(dòng)降壓限流，所以可以輕松實(shí)現(xiàn)人體與等離子體或等離子體高壓電極接觸。本發(fā)明的有益效果在于
(I)由于等離子體產(chǎn)生在高壓電極和接地電極之間，為降低擊穿場(chǎng)強(qiáng)沒(méi)有介質(zhì)阻擋層。(2)本發(fā)明裝置采用內(nèi)置干電池供電，也可采用外接直流電源供電，無(wú)需附屬的外接載氣設(shè)施，可以直接在空氣中產(chǎn)生彌散穩(wěn)定的等離子體，具有體積小、重量輕、易于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的單電極等離子體發(fā)生裝置。圖2為本發(fā)明的多電極等離子體發(fā)生裝置。圖3為單電極等離子體產(chǎn)生裝置與手之間產(chǎn)生等離子體的示意圖。圖4為單電極等離子體產(chǎn)生裝置與金屬物體之間產(chǎn)生等離子體的示意圖。圖5為多電極等離子體產(chǎn)生裝置與手之間產(chǎn)生等離子體的示意圖。圖6為多電極等離子體產(chǎn)生裝置與金屬物體之間產(chǎn)生等離子體的示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、2所示，一種大氣壓彌散型冷等離子體發(fā)生裝置，包括有絕緣外殼4，絕緣外殼4的底部連接有一絕緣噴頭6，絕緣外殼4與絕緣噴頭6之間橫設(shè)有一絕緣支撐架8，絕緣外殼4的內(nèi)部上方設(shè)有聞壓直流電源2,絕緣外殼4的頂部外壁上設(shè)有開(kāi)關(guān)3,開(kāi)關(guān)3與高壓直流電源2控制連接，位于絕緣外殼4內(nèi)高壓直流電源2的輸出高壓端通過(guò)高壓線連接有高壓電極7，高壓電極7的一端穿過(guò)絕緣支撐架8伸至絕緣噴頭6中且高壓電極7與絕緣支撐架8之間固定連接，位于絕緣外殼4的側(cè)壁上設(shè)有接地電極1，位于絕緣噴頭6的噴嘴的下方設(shè)有接地電極5，高壓直流電源2的輸出低壓端、接地電極1、接地電極5均接地。高壓直流電源2采用內(nèi)置干電池供電，由開(kāi)關(guān)控制。高壓直流電源2內(nèi)部有采樣電路部分，當(dāng)產(chǎn)生等離子體時(shí)，高壓直流電源電流輸出為尖脈沖。高壓電極7為耐腐蝕的導(dǎo)電材料，采用單電極或者多電極，其中多電極采用矩陣式或者線性排列。絕緣噴頭6為等離子體產(chǎn)生的通道，絕緣支撐架8用于高壓電極7的固定和支撐，絕緣支撐架8上開(kāi)有多個(gè)通氣小孔。實(shí)施例1 :表面導(dǎo)電物體的處理
本裝置可以對(duì)金屬表面物體進(jìn)行等離子體清洗和滅菌。使用該裝置產(chǎn)生等離子體處理物件時(shí)，將物件放在裝置絕緣噴頭6下方的接地電極5上，并調(diào)整絕緣噴頭6和物件之間的距離，合上開(kāi)關(guān)3，只要間距合適而且輸出電壓高于放電間隙工作氣體的擊穿電壓時(shí)，便在高壓電極7和其下方的接地電極5間形成穩(wěn)定彌散的低溫等離子體，絕緣噴頭6下方與接地電極5之間為等等立體區(qū)9，根據(jù)處理面積的大小移動(dòng)處理裝置。實(shí)施例2 :等離子體生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用 本裝置可以對(duì)人體組織或細(xì)胞進(jìn)行處理。手持裝置者和被等離子體處理者分別通過(guò)接地電極1、5接地。將被處理部分放置在絕緣噴頭6下方的接地電極5上，并調(diào)整絕緣噴頭6和物件之間的距離，合上開(kāi)關(guān)3，便在高壓電極7和其下方的接地電極5間形成穩(wěn)定彌散的低溫等離子體絕緣噴頭6下方與接地電極5之間為等等立體區(qū)9，根據(jù)處理面積的大小移動(dòng)處理裝置。上面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下，對(duì)上述實(shí)施例做出變通和修改，都涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種大氣壓彌散型冷等離子體發(fā)生裝置，其特征在于包括有絕緣外殼，絕緣外殼的底部連接有一絕緣噴頭，絕緣外殼與絕緣噴頭之間橫設(shè)有一絕緣支撐架，所述絕緣外殼的內(nèi)部上方設(shè)有高壓直流電源，絕緣外殼的頂部外壁上設(shè)有開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)與高壓直流電源控制連接，位于絕緣外殼內(nèi)高壓直流電源的輸出高壓端通過(guò)高壓線連接有高壓電極，高壓電極的一端穿過(guò)絕緣支撐架伸至絕緣噴頭中且高壓電極與絕緣支撐架之間固定連接，位于絕緣外殼的側(cè)壁上設(shè)有接地電極一，位于絕緣噴頭的噴嘴的下方設(shè)有接地電極二，高壓直流電源的輸出低壓端、接地電極一、接地電極二均接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣壓彌散型冷等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述高壓直流電源采用內(nèi)置干電池供電，由開(kāi)關(guān)控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣壓彌散型冷等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述高壓直流電源內(nèi)部有采樣電路部分，當(dāng)產(chǎn)生等離子體時(shí)，高壓直流電源電流輸出為尖脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣壓彌散型冷等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述高壓電極為耐腐蝕的導(dǎo)電材料，采用單電極或者多電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大氣壓彌散型冷等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述多電極采用矩陣式或者線性排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣壓彌散型冷等離子體發(fā)生裝置，其特征在于所述絕緣支撐架用于高壓電極的固定和支撐，絕緣支撐架上開(kāi)有多個(gè)通氣小孔。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種大氣壓彌散型冷等離子體發(fā)生裝置，包括有絕緣外殼，絕緣外殼的底部連接有一絕緣噴頭，絕緣外殼與絕緣噴頭之間橫設(shè)有一絕緣支撐架，絕緣外殼的內(nèi)部上方設(shè)有高壓直流電源，絕緣外殼的頂部外壁上設(shè)有開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)與高壓直流電源控制連接，位于絕緣外殼內(nèi)高壓直流電源的輸出高壓端通過(guò)高壓線連接有高壓電極，高壓電極的一端穿過(guò)絕緣支撐架伸至絕緣噴頭中且高壓電極與絕緣支撐架之間固定連接，位于絕緣外殼的側(cè)壁上設(shè)有接地電極一，位于絕緣噴頭的噴嘴的下方設(shè)有接地電極二，高壓直流電源的輸出低壓端、接地電極一、接地電極二均接地。本發(fā)明可以直接在空氣中產(chǎn)生彌散穩(wěn)定的等離子體，具有體積小、重量輕、易于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H05H1/26GK103052250SQ201210527708
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者程誠(chéng), 沈潔, 謝洪兵, 李建剛, 王祥科 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所