一種陣列式微洞陰極氣體放電等離子體射流裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種陣列式微洞陰極氣體放電等離子體射流裝置，該裝置包括自上而下設置的高壓電極、絕緣介質層和接地電極，高壓電極和接地電極均由導電材料制成，所述絕緣介質層采用絕緣材料制成；高壓電極為空心的箱體結構，該箱體結構的空心部分為高壓電極儲氣腔，箱體結構上具有向高壓電極儲氣腔內充氣的進氣孔；所述箱體結構的底部，絕緣介質層和接地電極上分別具有多個第一通孔，第二通孔和第三通孔，第一通孔，第二通孔和第三通孔同軸設置且孔徑相同。相對于現(xiàn)有的8孔陣列式空氣等離子體射流裝置，本發(fā)明增加了微空心的數(shù)量，增大了等離子體射流面積，更有利于實現(xiàn)工業(yè)化；更重要的是可以實現(xiàn)陣列微空心均勻放電。
【專利說明】—種陣列式微洞陰極氣體放電等離子體射流裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于氣體放電【技術領域】，特別涉及一種陣列式微洞陰極氣體放電等離子體
射流裝置。
【背景技術】
[0002]大氣壓非平衡等離子體射流(英文簡稱為N-APPJ)近年來在國際上引起了重大關 注，成為氣體放電領域的重要研究課題。相比于傳統(tǒng)的氣體放電等離子體，N-APPJ的最大優(yōu) 勢在于等離子體被噴射出放電區(qū)域，操作人員無需接觸高壓電極，使用的安全性大大提高。 此外，N-APPJ擺脫了昂貴的真空系統(tǒng)，且該類射流型等離子體的焦耳發(fā)熱較低，電能幾乎都 用于等離子體中粒子活性的激發(fā)，在一定條件下，放電溫度可以接近室溫。目前，N-APPJ已 在材料表面改性、等離子體醫(yī)學等領域獲得了廣泛的應用。
[0003]然而，N-APPJ的研究主要在惰性氣體方面，如氦氣和氬氣等，成本高，不利于實際 應用。
[0004]微洞陰極放電(英文簡稱為MHCD)，相對于其他產生N-APPJ的方式，如介質阻擋放 電(英文簡稱為Dielectric Barrier Discharge, DBD)等,在非惰性氣體(主要指空氣和氮 氣)射流方面有著天然的優(yōu)勢，避免使用價格較為昂貴的惰性氣體(氦氣和氬氣為主)，可以 大大降低成本，有利于實現(xiàn)工業(yè)化。同時，MHCD由于陰極孔存在電子鐘擺、二次電子發(fā)射以 及彭寧效應等，使得MHCD的電離率較高，外加相對較低的電壓就能放電，降低了對外部絕 緣的要求。
[0005]鑒于微洞陰極放電的以上優(yōu)點，得到了很多學者的研究和重視。但是，考慮到單孔 的直流微洞陰極放電產生的等離子體射流面積較小，不利于應用。為了得到相對較大的放 電面積，學者們提出了陣列式多孔的放電結構。而為了維持空心陰極效應，陣列式結構對孔 徑尺寸有著嚴格的要求，其加工工藝甚高，且很難實現(xiàn)每孔均同時穩(wěn)定放電，在實際應用過 程中并不能對樣品進行嚴格意義上的均勻處理。
[0006]韓國的Hong Y C課題組使用60Hz的交流電壓源作為外部激勵，并制作了 8孔陣 列式空氣等離子體射流裝置。雖然比單孔直流微洞陰極放電產生的等離子體射流面積大， 但在實際應用中，射流面積還是相對較小，仍有局限性。
[0007]

【發(fā)明內容】

[0008]針對上述問題，本發(fā)明提出了一種可以實現(xiàn)每孔同時穩(wěn)定放電的陣列式微洞陰極 氣體放電等離子體射流裝置。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:一種陣列式微洞陰極氣體放電等離 子體射流裝置，該裝置包括自上而下設置的高壓電極、絕緣介質層和接地電極，所述高壓電 極和接地電極均由導電材料制成，所述絕緣介質層采用絕緣材料制成；所述高壓電極為空 心的箱體結構，該箱體結構的空心部分為高壓電極儲氣腔，所述箱體結構上具有向高壓電極儲氣腔內充氣的進氣孔；所述箱體結構的底部具有多個第一通孔，絕緣介質層上具有多 個第二通孔，接地電極上具有多個第三通孔，所述多個第一通孔，多個第二通孔和多個第三 通孔在豎直方向上一一對應且第一通孔，第二通孔和第三通孔的孔徑相同。多個第一通孔， 多個第二通孔和多個第三通孔在豎直方向上一一對應，使得豎直方向從上而下相對應的第 一通孔，第二通孔和第三通孔同軸形成了多個并列的微空心，增大了等離子體射流的面積。
[0010]進一步，所述箱體結構的底部的多個第一通孔，絕緣介質層上多個第二通孔和接 地電極上的多個第三通孔均呈陣列式排列。陣列式的排列方式使得第一通孔，第二通孔和 第三通形成的多個微空心也呈陣列式排列，可以在箱體結構的底部打更多的第一通孔，相 應的可在絕緣介質層上打更多的第二通孔，接地電極上打更多的第三通孔，從而能增加微 空心的數(shù)量，增大射流面積。
[0011]進一步，為防止沿面放電，所述絕緣介質層的尺寸分別大于箱體結構的底部和接 地電極的尺寸。
[0012]進一步，還包括絕緣材料制成的裝夾裝置，所述裝夾裝置包括上部夾持件和下部 夾持件，所述上部夾持件具有高壓接線通孔和進氣管通孔，所述進氣管通孔與進氣孔連通 且同軸設置，進氣管通孔的孔徑大于進氣孔的孔徑，所述下部夾持件具有接地連線通孔；所 述上部夾持件和下部夾持件可拆卸連接形成下端開口的空腔，所述開口處將多個第三通孔 露出，所述空腔自上而下包括容納箱體結構并與箱體結構緊配合的箱體容置部分，容納絕 緣介質層并與絕緣介質層緊配合的絕緣介質層容置部分和容納接地電極并與接地電極緊 配合的接地電極容置部分。絕緣材料制成的裝夾裝置一方面保證了高壓電極、絕緣介質層 和接地電極在使用過程中不產生相對位移，使第一通孔，第二通孔和第三通孔盡可能保持 同軸；另一方面，還保證了絕緣，確保使用的安全性。
[0013]進一步，所述裝夾裝置采用聚四氟乙烯制成。聚四氟乙烯具有耐腐蝕、耐高溫和質 地輕的特點，同時價格低廉。
[0014]進一步，制成高壓電極和接地電極的導電材料為耐腐蝕的金屬材料，如可采用不 鎊鋼材料、鶴和鑰等。
[0015]進一步，制成絕緣介質層的絕緣材料為陶瓷、云母、石英或聚四氟乙烯材料制成。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
1、本發(fā)明的技術方案一方面使產生的等離子體射流面積較大有利于實際應用；該發(fā)明 的射流裝置，在箱體結構的底部，絕緣介質層和接地電極上分別設有多個第一通孔，多個第 二通孔和多個第三通孔，第一通孔，第二通孔和第三通孔同軸設置形成了多個微空心(也可 稱為微洞)，增大了等離子體射流的面積，在實際應用中可以實現(xiàn)大面積處理；另一方面，工 作氣體源經流量計通過進氣口進入高壓電極儲氣腔，通過儲氣使各微空心受到的壓強一樣 大，有利于實現(xiàn)每個微空心同時均勻穩(wěn)定放電，保證了各微空心產生的等離子體特性一致 性；與現(xiàn)有的陣列式微空心陰極氣體放電等離子體射流裝置相比，更有利于實現(xiàn)每個微空 心同時均勻穩(wěn)定放電。
[0017]2、與現(xiàn)有的陣列式氣體等離子體射流裝置相比，本發(fā)明提供的方案，由于將高壓 電極制成了空心的箱體結構，箱體結構內可以儲氣，即可以保證各微空心受到的氣體壓強 一樣大，保證了各微空心產生的等離子體特性一致性。因此，本發(fā)明提供的陣列式氣體等離 子體射流裝置，其微空心的數(shù)量可在箱體結構的范圍內盡可能地增多，而不受其他限制，因此相比現(xiàn)有技術本發(fā)明提供的等離子體射流裝置可設置更多的微空心，增大了射流面積， 有利于實際應用。
[0018]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為實施例的立體結構示意圖。
[0020]圖2為實施例中箱體結構的底部結構示意圖。
[0021]圖3為實施例中裝夾裝置的結構示意圖。
[0022]圖中，高壓電極10、進氣孔11、絕緣介質層20、接地電極30，上部夾持件41，下部夾件42，高壓接線通孔43，接地連線通孔44，進氣管通孔45，箱體容置部分46，絕緣介質層容置部分47，接地電極容置部分48。
[0023]
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0025]實施例:參見圖1、圖2和圖3，一種陣列式微洞陰極氣體放電等離子體射流裝置， 包括自上而下設置的高壓電極10、絕緣介質層20和接地電極30，所述高壓電極10和接地電極30均由導電材料制成，所述絕緣介質層20采用絕緣材料制成；所述高壓電極10為空心的箱體結構，該箱體結構的空心部分為高壓電極儲氣腔，所述箱體結構上具有向高壓電極儲氣腔內充氣的進氣孔11 ;所述箱體結構的底部具有多個第一通孔，絕緣介質層20上具有多個第二通孔，接地電極30上具有多個第三通孔，所述多個第一通孔，多個第二通孔和多個第三通孔在豎直方向上一一對應且第一通孔，第二通孔和第三通孔的孔徑相同。保證自上而下相對應的第一通孔，第二通孔和第三通孔同軸設置并形成一個微空心，具體使用時，所述箱體結構的底部的多個第一通孔，絕緣介質層20上多個第二通孔和接地電極30上的多個第三通孔均呈陣列式排列，使得多個微空心均勻布設，這種設置方式不但便于加工， 而且還增加了微空心的數(shù)量，增大了射流面積，更有利于實現(xiàn)工業(yè)化。
[0026]箱體結構的底部的厚度(即陰極的厚度)和接地電極30厚度為0.3~2mm，絕緣介質層20的厚度為0.3^1.5mm，第一通孔，第二通孔和第三通孔的孔徑相同，均為0.2^1.0mm。將高壓電極制成了空心的箱體結構，箱體結構內可以儲氣，使高壓電極儲氣腔內的壓強能一致，保證了箱體結構底部上的所有第一通孔受到的壓強一致，從而進一步保證了多個微空心受到的壓強相同，實現(xiàn)了多個微空心同時放電。為防止沿面放電，位于箱體結構的底部與接地電極30之間的絕緣介質層的尺寸大于箱體結構的底部的尺寸，具體地，絕緣介質層20 的長度大于箱體結構的底部的長度，絕緣介質層20的寬度大于箱體結構的底部的寬度；絕緣介質層20的尺寸還大于接地電極30的尺寸，具體地，絕緣介質層20的長度大于接地電極30的長度，絕緣介質層20的寬度大于接地電極30的寬度。具體實施時，接地電極30的長寬對應地與箱體結構的底部的長寬相等。
[0027]陣列式微洞陰極氣體放電等離子體射流裝置還包括絕緣材料制成的裝夾裝置，優(yōu)選采用聚四氟乙烯制成裝夾裝置，裝夾裝置包括上部夾持件41和下部夾持件42，上部夾持件41具有高壓接線通孔43和進氣管通孔45，所述進氣管通孔45與進氣孔11連通且同軸設置，進氣管通孔45的孔徑大于進氣孔11的孔徑，所述下部夾持件42具有接地連線通孔 44 ;上部夾持件41和下部夾持件42可拆卸連接形成下端開口的空腔，開口處將多個第三通 孔露出，空腔自上而下包括容納箱體結構并與箱體結構緊配合的箱體容置部分46，容納絕 緣介質層20并與絕緣介質層20緊配合的絕緣介質層容置部分47和容納接地電極30并與 接地電極緊配合的接地電極容置部分48。
[0028]裝夾裝置將作為高壓電極10的箱體結構包裹在其空腔中的箱體容置部分46，通 過上部夾持件41上的高壓接線通孔43將高壓電極10與負高壓電源相連接，此時，實為高 壓電極10的箱體結構成為微洞陰極氣體放電的陰極，最好采用耐腐蝕性能良好的導電材 料，如不銹鋼、鑰和鎢等制成作為高壓電極的箱體結構；接地電極30實為微洞陰極氣體放 電的陽極，通過下部夾持件42上的接地連線通孔44將接地電極30與地線相連接。絕緣介 質層20采用絕緣性能良好的材料，如陶瓷、云母、石英或聚四氟乙烯等。
[0029]安裝實施例中的等離子體射流裝置時，關鍵是確保第一通孔，第二通孔和第三通 孔(經過精密加工盡可能地保證第一通孔，第二通孔和第三通孔的孔徑一致)的同軸性。
[0030]裝夾裝置的安裝步驟如下:先將接地電極30、絕緣介質層20和作為高壓電極的 箱體結構依次固定在下部夾持件42上，確保多個第一通孔，多個第二通孔和多個第三通孔 一一對應同軸之后，再固定上部夾持件41，最后用螺栓將上部夾持件41和下部夾持件42固 定成一體即可完成安裝。
[0031]箱體結構上設有進氣孔11，該進氣孔11經流量計與提供氣體的進氣裝置連通，使 氣體進入高壓電極儲氣腔，為確保進氣裝置與高壓電極10的絕緣性，上部夾持件41上設有 孔徑大于進氣孔11的進氣管通孔45，該進氣管通孔45最好為螺紋孔，具體實施時，該進氣 管通孔45可以加工成M5的螺紋通孔(不與高壓電極10接觸，距離高壓電極10留有5mm距 離)，而進氣孔11加工成孔徑為3_的通孔，在進氣管通孔45內安裝配套的氣孔接頭，氣孔 接頭的另一端與氣管相連，氣管再經流量計與提供氣體的進氣裝置相連。使用時，向高壓電 極儲氣腔通氣，待各微空心所受氣體壓強相同后，接通高壓源，調節(jié)電壓值，實現(xiàn)微空心同 時穩(wěn)定放電，產生射流。
[0032]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較 佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技 術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本 發(fā)明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種陣列式微洞陰極氣體放電等離子體射流裝置，其特征在于，該裝置包括自上而 下設置的高壓電極(10 )、絕緣介質層(20 )和接地電極(30 )，所述高壓電極(10 )和接地電極(30)均由導電材料制成，所述絕緣介質層采用絕緣材料制成；所述高壓電極(10)為空心的 箱體結構，該箱體結構的空心部分為高壓電極儲氣腔，所述箱體結構上具有向高壓電極儲 氣腔內充氣的進氣孔(11);所述箱體結構的底部具有多個第一通孔，絕緣介質層(20)上具 有多個第二通孔，接地電極(30)上具有多個第三通孔，所述多個第一通孔，多個第二通孔和 多個第三通孔在豎直方向上一一對應且第一通孔，第二通孔和第三通孔的孔徑相同。
2.如權利要求1所述的陣列式微洞陰極氣體放電等離子體射流裝置，其特征在于，所 述箱體結構的底部的多個第一通孔，絕緣介質層(20)上多個第二通孔和接地電極(30)上 的多個第三通孔均呈陣列式排列。
3.如權利要求1所述的陣列式微洞陰極氣體放電等離子體射流裝置，其特征在于，所 述絕緣介質層(20)的尺寸分別大于箱體結構的底部和接地電極(30)的尺寸。
4.如權利要求3所述的陣列式微洞陰極氣體放電等離子體射流裝置，其特征在于，還 包括絕緣材料制成的裝夾裝置，所述裝夾裝置包括上部夾持件(41)和下部夾持件(42)，所 述上部夾持件(41)具有高壓接線通孔(43)和進氣管通孔(45)，所述進氣管通孔與進氣孔(11)連通且同軸設置，進氣管通孔的孔徑大于進氣孔的孔徑，所述下部夾持件(42)具有接 地連線通孔(44)；所述上部夾持件(41)和下部夾持件(42)可拆卸連接形成下端開口的空腔，所述開口 處將多個第三通孔露出，所述空腔自上而下包括容納箱體結構并與箱體結構緊配合的箱體 容置部分(46)，容納絕緣介質層(20)并與絕緣介質層(20)緊配合的絕緣介質層容置部分 (47)和容納接地電極(30)并與接地電極(30)緊配合的接地電極容置部分(48)。
5.如權利要求4所述的陣列式微洞陰極氣體放電等離子體射流裝置，其特征在于，所 述裝夾裝置采用聚四氟乙烯制成。
6.如權利要求1所述的陣列式微洞陰極氣體放電等離子體射流裝置，其特征在于，制 成高壓電極(10)和接地電極(30)的導電材料為耐腐蝕的金屬材料。
7.如權利要求1所述的陣列式微洞陰極氣體放電等離子體射流裝置，其特征在于，制 成絕緣介質層(20)的絕緣材料為陶瓷、云母、石英或聚四氟乙烯材料制成。
【文檔編號】H05H1/24GK103561535SQ201310575385
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權日:2013年11月18日
【發(fā)明者】劉坤, 王琛穎, 廖華, 何為 申請人:重慶大學