大氣壓等離子體發(fā)生裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低溫等離子體應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可調(diào)節(jié)自組織環(huán)狀斑圖的大氣壓等離子體發(fā)生裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，大氣壓放電等離子體由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)而在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。一方面，大氣壓放電等離子體去除了昂貴且極其繁瑣的真空系統(tǒng)，使得它的應(yīng)用成本大大降低，獲得了廣泛的應(yīng)用，例如應(yīng)用于材料的表面改性、醫(yī)療儀器設(shè)備的殺菌消毒等。另一方面，由于它是在周圍的大氣中進(jìn)行放電，這使得原來(lái)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的一些應(yīng)用也變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，其中一個(gè)非常重要的應(yīng)用是等離子體醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。大氣壓放電等離子體技術(shù)在很多應(yīng)用(如生物醫(yī)學(xué)處理、材料表面處理、水體消毒和分析技術(shù)等領(lǐng)域)中，為了能達(dá)到更好的材料處理及檢測(cè)結(jié)果，通常對(duì)等離子體的輻射強(qiáng)度及輻射面積有一定的要求。
[0003]在大多數(shù)實(shí)驗(yàn)中，由于在其他放電模式下很難產(chǎn)生出等離子體斑圖，氣體放電產(chǎn)生的等離子體斑圖都是在直流的條件下或者是介質(zhì)阻擋放電的模式下進(jìn)行的，并且在直流放電的過(guò)程中也是有條件約束的，基本都是在用微流氣體(氦氣)做陰極且電解質(zhì)溶液做陽(yáng)極的條件下產(chǎn)生的。另外，目前對(duì)于等離子體斑圖的產(chǎn)生，通常的方法也都是用直流放電的方法獲得。而對(duì)于交流氣體放電來(lái)說(shuō)，也只能得到小間距的氣體放電模式，且用途僅局限于電解質(zhì)水溶液中的離子檢測(cè)，并沒有進(jìn)行大間距放電，所以更無(wú)法用交流放電產(chǎn)生等離子體斑圖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種大氣壓等離子體發(fā)生裝置及方法，實(shí)現(xiàn)了針一液放電模式，并產(chǎn)生多種形狀變化的清晰斑圖，可以應(yīng)用在材料表面處理、臭氧產(chǎn)生、殺菌和大面積水處理技術(shù)等領(lǐng)域。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種大氣壓等離子體產(chǎn)生裝置，所述大氣壓等離子體產(chǎn)生裝置包括:調(diào)壓計(jì)、高頻交流電源及等離子體發(fā)生器；其中，所述等離子體發(fā)生器包括:
[0006]金屬電極，與所述高頻交流電源的一端相連接；
[0007]儲(chǔ)液池，其內(nèi)部注有電解質(zhì)溶液，所述儲(chǔ)液池與所述高頻交流電源的另一端相連接，并且所述儲(chǔ)液池與所述金屬電極隔開預(yù)定間距的放電間隙，所述放電間隙作為等離子體產(chǎn)生區(qū)。
[0008]在一實(shí)施例中，所述的等離子體發(fā)生器包括:一輔助電極，設(shè)置在所述儲(chǔ)液池內(nèi)，所述儲(chǔ)液池通過(guò)所述輔助電極與所述高頻交流電源的另一端相連接。
[0009]在一實(shí)施例中，所述金屬電極與所述高頻交流電源的高壓輸出端相連接，所述儲(chǔ)液池通過(guò)所述輔助電極與所述高頻交流電源的低壓輸出端相連接，所述金屬電極、所述高頻交流電源及所述儲(chǔ)液池構(gòu)成閉合回路。
[0010]在一實(shí)施例中，所述金屬電極與所述高頻交流電源的低壓輸出端相連接，所述儲(chǔ)液池通過(guò)所述輔助電極與所述高頻交流電源的高壓輸出端相連接，所述金屬電極、所述高頻交流電源及所述儲(chǔ)液池構(gòu)成閉合回路。
[0011]在一實(shí)施例中，所述等離子體發(fā)生器還包括:蠕動(dòng)泵，用于調(diào)節(jié)所述儲(chǔ)液池的液面高度及穩(wěn)定性。
[0012]在一實(shí)施例中，所述金屬電極設(shè)置于一豎直方向可調(diào)的調(diào)節(jié)裝置上，并且所述金屬電極垂直于儲(chǔ)液池的液面放置。
[0013]在一實(shí)施例中，所述高頻交流電源的放電電壓為O?30kV可調(diào)，頻率為4kHz?20kHz可調(diào)。
[0014]在一實(shí)施例中，所述金屬電極的材料為鎢、鉬、鈦、鉭，直徑為0.5mm?10mm，針尖角度為20°?75°。
[0015]在一實(shí)施例中，所述電解質(zhì)溶液為去離子水或加入預(yù)定濃度的無(wú)機(jī)試劑的溶液，所述電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率為I μ S/cm?10000 μ S/cm。
[0016]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種大氣壓等離子體產(chǎn)生方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的大氣壓等離子體產(chǎn)生裝置，所述大氣壓等離子體產(chǎn)生方法包括:
[0017]逐漸增大所述高頻交流電源的輸出電壓，使所述儲(chǔ)液池與所述金屬電極之間的放電間隙發(fā)生擊穿，形成等離子體產(chǎn)生區(qū)；
[0018]調(diào)節(jié)所述高頻交流電源的輸出電壓或頻率，以及所述放電間隙的間距，使等離子體在所述電解質(zhì)溶液的表面形成不同形狀的斑圖。
[0019]本申請(qǐng)的實(shí)施例中所提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果:
[0020]應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本申請(qǐng)。
【附圖說(shuō)明】
[0021]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的大氣壓等離子體產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例的大氣壓等離子體產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的大氣壓等離子體產(chǎn)生方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例，僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0026]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法用交流放電產(chǎn)生等離子體斑圖的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種大氣壓等離子體產(chǎn)生裝置，如圖1所示，該大氣壓等離子體產(chǎn)生裝置包括:調(diào)壓計(jì)
1、高頻交流電源2及等離子體發(fā)生器。
[0027]高頻交流電源2的輸出電壓(放電電壓)可調(diào)及頻率均可調(diào)，放電電壓一般為O?30kV可調(diào)，頻率一般為4kHz?20kHz可調(diào)。
[0028]調(diào)壓計(jì)I與高頻交流電源2相連接用來(lái)控制輸入電源的電壓，從而達(dá)到控制輸入/輸出功率的效果。
[0029]等離子體發(fā)生器包括:金屬電極3及儲(chǔ)液池4，金屬電極3與高頻交流電源2的一輸出端13通過(guò)輸出傳輸線9相連接。
[0030]金屬電極3可以為一根經(jīng)過(guò)打磨的金屬棒，金屬電極3的材料可以為鎢、鉬、鈦、鉭等。金屬電極3的參數(shù)一般如下:直徑可以為0.5mm?10mm，針尖角度可以為20°?75°。一般地，金屬電極3的條件選擇為直徑2_X長(zhǎng)度7_，針尖斜率為45° ;高頻交流電源2的電壓頻率選擇為7kHz?14kHz，電源功率選擇為8W?35W，電壓幅度選擇為2.5kV?3.5kV。
[0031]儲(chǔ)液池4的內(nèi)部注有電解質(zhì)溶液11，儲(chǔ)液池4與高頻交流電源2的另一輸出端14通過(guò)輸出傳輸線10相連接(與高頻交流電源9實(shí)質(zhì)上是與儲(chǔ)液池4的內(nèi)部注有電解質(zhì)溶液11連接)。儲(chǔ)液池4的內(nèi)部因注有電解質(zhì)溶液11，形成了液態(tài)放電電極，這樣，金屬電極3與電解質(zhì)溶液11構(gòu)成針一液放電的兩極。
[0032]一實(shí)施例中，上述的儲(chǔ)液池4可以由聚合物材料或者其它玻璃器皿制成。
[0033]電解質(zhì)溶液11可以為去離子水或加入預(yù)定濃度的無(wú)機(jī)試劑的溶液，電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率一般為I μ S/cm?10000 μ S/cm，本發(fā)明不以此為限。
[0034]另外，需要注意的是，儲(chǔ)液池4與金屬電極3隔開預(yù)定間距的放電間隙7，該放電間隙7可以作為等離子體產(chǎn)生區(qū)，該預(yù)定間距可以為4mm?30mm，本發(fā)明不以此為限。
[0035]儲(chǔ)液池4與金屬電極3之間的間距一般通過(guò)調(diào)節(jié)金屬電極3實(shí)現(xiàn)，已實(shí)施中，可以將金屬電極3設(shè)置于一沿豎直方向可調(diào)的調(diào)節(jié)裝置上，使得金屬電極3可以在豎直方向移動(dòng)，并且保持金屬電極3垂直于儲(chǔ)液池4的液面。
[0036]一實(shí)施例中，金屬電極3與高頻交流電源2的高壓輸出端相連接，儲(chǔ)液池與高頻交流電源2的低壓輸出端相連接，輸出傳輸線9為高壓輸出傳輸線，輸出端13為高壓輸出端，輸出傳輸線10為低壓輸出傳輸線，輸出端14為低壓輸出端。
[0037]另一實(shí)施例中，金屬電極3與高頻交流電源2的低壓輸出端相連接，儲(chǔ)液池與高頻交流電源2的高壓輸出端相連接，輸出傳輸線9為低壓輸出傳輸線，輸出端13為低壓輸出端，輸出傳輸線10為高壓輸出傳輸線，輸出端14為高壓輸出端。
[0038]上述的金屬電極3、儲(chǔ)液池4、輸出傳輸線9、輸出傳輸線10共同組成了一個(gè)閉合回路，以實(shí)現(xiàn)針一液放電。本發(fā)明實(shí)施例的大氣壓等離子體產(chǎn)生裝置的工作原理如下:
[0039]當(dāng)高頻交流電源2的輸出電壓升高，金屬電極3及電解質(zhì)溶液11兩電極之間的放電間隙7由于電場(chǎng)強(qiáng)度的變大發(fā)生擊穿，在電極之間形成等離子體區(qū)，而等離子體斑圖則呈現(xiàn)在液面8 (斑圖顯示區(qū)域)表面，并且斑圖的清晰度很高。具體地，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)壓計(jì)1，可以增大輸出電壓，當(dāng)輸出電壓值達(dá)到一定值(一般為3000V左右)時(shí)，金屬電極下端與儲(chǔ)液池水平面間的氣體被擊穿，放電等離子體形成。調(diào)節(jié)高頻交流電源2的輸出電壓或頻率以及兩極間距和電解質(zhì)溶液的濃度，可以調(diào)節(jié)水平面上斑圖的等離子體的形狀，主要形狀有單環(huán)型、雙環(huán)型、點(diǎn)狀或齒輪型等。
[0040]一般地，當(dāng)兩極間距在6mm?28mm，電源放電頻率為5kHz?14kHz時(shí)，電壓在IkV?4.5kV時(shí)，可呈現(xiàn)穩(wěn)定的等離子