本發(fā)明涉及低溫等離子體技術領域，具體地說是一種基于微等離子體噴槍產生大尺度大氣壓輝光放電的裝置及方法。

背景技術：

大氣壓輝光放電具有結構簡單、操作方便、不需要昂貴的真空裝置等優(yōu)點，同時其產生的等離子體氣體溫度低、活性粒子濃度高、放電均勻，因而被廣泛應用于殺菌消毒、臭氧合成、污水處理和材料表面改性等領域。

在國內外，關于輝光放電等離子體技術有了一定的研究和利用。如專利文件cn1694324a中提出了一種利用與高頻電容型介質阻擋放電裝置無電路聯(lián)系的外加等離子體源為放電空間注入初始等離子體，增加放電空間的電荷密度，實現(xiàn)了大氣壓輝光放電。但其放電氣隙間距較?。?~6mm），不利于對大尺度材料的處理。專利cn103179772a公開了利用介質阻擋放電中產生的活性粒子及紫外光電離點燃金屬棒電極與平板電極之間的直流放電通道，從而產生較大氣隙間距的直流輝光放電，能夠對大尺度物體進行快速有效處理。但其介質阻擋放電的驅動電壓高達10kv，并且所用氬氣的氣體流量較大（3000ml/min），這些條件無疑都提高了生產成本。因此，如何在大氣壓下利用較低的電壓和較小的氣流來產生較大尺度的直流輝光放電等離子體顯得尤為重要。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一就是提供一種基于微等離子體噴槍產生大尺度大氣壓輝光放電的裝置，以解決現(xiàn)有放電裝置放電氣隙間距較小以及成本較高的問題。

本發(fā)明的目的之二就是提供一種基于微等離子體噴槍產生大尺度大氣壓輝光放電的方法。

本發(fā)明的目的之一是這樣實現(xiàn)的：

一種基于微等離子體噴槍產生大尺度大氣壓輝光放電的裝置，包括放電機構、供氣機構和供電機構；

所述放電機構包括介質管、針電極、環(huán)電極以及平板電極，所述針電極位于所述介質管內，所述介質管的一端敞口，所述環(huán)電極位于所述介質管的敞口端處并與地線相接，所述平板電極與所述介質管的敞口端相對設置，在所述介質管上遠離敞口端的位置設有進氣口，所述進氣口與所述供氣機構相連；所述放電機構設置于開放空間內，所述針電極靠近環(huán)電極的一端為放電端，在所述針電極的放電端與平板電極之間形成放電區(qū)域；

所述供氣機構包括供氣管路和提供工作氣體的氣瓶，所述供氣管路的一端與所述介質管的進氣口相連通，所述供氣管路的另一端連接所述氣瓶，在所述供氣管路上設置有氣閥、氣壓表和流量計；

所述供電機構包括第一高壓直流電源和第二高壓直流電源，所述第一高壓直流電源電連接所述針電極，所述第二高壓直流電源電連接所述平板電極；在所述第一高壓直流電源與針電極之間連接有第一鎮(zhèn)流電阻，在所述第二高壓直流電源與平板電極之間連接有第二鎮(zhèn)流電阻?

所述平板電極設置于一個絕緣桌面上，所述絕緣桌面上設置有水平放置的導軌，在所述導軌上接有可定位的滑動支架，所述平板電極固定在所述滑動支架上，并可隨滑動支架在所述導軌上左右移動；即可調整所述介質管敞口端與所述平板電極之間的距離。

所述工作氣體為氮氣、惰性氣體或氮氣與惰性氣體的混合氣體。

所述介質管由絕緣材料玻璃、石英或聚四氟乙烯制成，所述介質管的內徑為70~200μm。

所述針電極由金屬材料鎢、銅或鐵制成，所述針電極的直徑為20~150μm，所述針電極的放電端端面為平面或錐面，所述錐面優(yōu)選具有適當?shù)那省?/p>

所述環(huán)電極的由金屬材料銅、鋁或鐵制成，所述環(huán)電極的內徑為70~200μm，所述環(huán)電極所圍成的內圈圓的面積大于所述針電極放電端的端面面積。

所述平板電極由金屬材料鎢、銅或鐵制成，平板電極的板面面積大于所述介質管敞口端的面積；所述平板電極為圓形或頂角為圓角的多邊形，平板電極板面的邊緣具有適當?shù)那?，以避免出現(xiàn)尖端放電。

所述介質管的敞口端與平板電極之間的距離為1~240mm；所述第一高壓直流電源的電壓范圍為-60kv~0kv，所述第二高壓直流電源的電壓范圍為0kv~60kv；所述第一鎮(zhèn)流電阻和第二鎮(zhèn)流電阻的阻值為50kω~20mω，使得放電維持在連續(xù)的輝光放電階段。

本發(fā)明的目的之二是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供了利用上述放電裝置產生大尺度輝光放電的方法，其步驟如下：

a、設置上述放電裝置；

b、打開所述供氣管路上的氣閥，由所述氣瓶向所述介質管內通入工作氣體；

c、打開第二高壓直流電源的開關，使平板電極具有一定的電壓值；

d、打開第一高壓直流電源的開關，并逐漸增大其電壓值，使得在所述環(huán)電極與平板電極間產生大尺度的輝光放電。

步驟b中，通入介質管內的工作氣體的流量為10~500ml/min?？筛鶕?jù)介質管的內徑和工作氣體的不同選擇合適的氣體流量。

本發(fā)明利用介質管、針電極和環(huán)電極組成微噴槍結構，且能夠實現(xiàn)在介質管敞口端的開放環(huán)境內產生大尺度大氣壓輝光放電，所需工作氣體流量遠低于現(xiàn)有技術，為10~500ml/min，顯著降低了生產成本，且放電均勻持續(xù)，適宜大規(guī)模工業(yè)應用，對于表面處理、材料刻蝕、殺菌消毒、飛行器減阻、航空器隱身等領域具有深遠的意義和廣泛的影響。

本發(fā)明結構簡單，操作方便，價格低廉，裝置設置于開放的大氣環(huán)境中，不依賴于昂貴的真空室，放電所需驅動電壓較低，放電尺度最大可達240mm，便于實現(xiàn)對大面積材料的快速處理。

附圖說明

圖1是本發(fā)明裝置的結構示意圖。

圖2是應用圖1裝置所產生的大尺度大氣壓輝光放電的照片。

圖3是本發(fā)明主放電機構的伏安特性曲線。

圖中：1、流量計，2、氣壓表，3、氣閥，4氣瓶，5、第一直流高壓電源，6、第一鎮(zhèn)流電阻，7、針電極，8、介質管，9、環(huán)電極，10、平板電極，11、第二鎮(zhèn)流電阻，12、第二直流高壓電源。

具體實施方式

實施例1，一種基于微等離子體噴槍產生大尺度大氣壓輝光放電的裝置。

如圖1所示，本發(fā)明所提供的裝置包括放電機構、供氣機構和供電機構；

放電機構包括介質管8、針電極7、環(huán)電極9以及平板電極10，介質管8采用長度為7cm、內徑為200μm的石英管。介質管8的一端敞口，另一端的底部設有進氣口，與供氣機構相連。在介質管8內插入針電極7，針電極7的直徑為110μm，材料為鎢，針電極7的放電端距介質管8的敞口端100μm。環(huán)電極9位于所述介質管2的敞口端處并與地線相接，環(huán)電極9的內徑為200μm，材料為銅。平板電極10與介質管8的敞口端相對設置，平板電極10的板面為圓面，直徑為8cm，其材料為銅。放電機構設置于開放空間內，針電極7靠近環(huán)電極9的一端為放電端，在針電極7的放電端與平板電極10之間形成放電區(qū)域。

供氣機構包括供氣管路和提供工作氣體的氣瓶4，工作氣體為價格相對便宜的氬氣。供氣管路的一端與介質管的進氣口相連通，另一端連接氣瓶4，在供氣管路上設置有氣閥3、氣壓表2和流量計1。

供電機構包括第一高壓直流電源5和第二高壓直流電源12，第一高壓直流電源5電連接針電極7，第二高壓直流電源12電連接平板電極10；在第一高壓直流電源5與針電極7之間連接有第一鎮(zhèn)流電阻6，在第二高壓直流電源12與平板電極10之間連接有第二鎮(zhèn)流電阻11。第一高壓直流電源5為負極性的直流電源，電壓為-60kv~0kv，第二高壓直流電源12為正極性的直流電源，電壓為0kv~60kv。第一鎮(zhèn)流電阻6和第二鎮(zhèn)流電阻11均為100kω，使得放電維持在連續(xù)的輝光放電階段。

平板電極10設置于一個絕緣桌面上，絕緣桌面上設置有水平放置的導軌，在導軌上接有可定位的滑動支架，平板電極10固定在所述滑動支架上，并可隨滑動支架在導軌上左右移動，即可調整介質管8敞口端與平板電極10之間的距離為2.8cm。

實施例2，一種基于微等離子體噴槍產生大尺度大氣壓輝光放電的方法?

本實施例利用實施例1所述的裝置來產生大尺度大氣壓輝光放電。具體操作步驟如下：

首先按照圖1所示設置并連接各部件，打開供氣管路上的氣閥3，使得氣瓶4中的氬氣通過介質管8噴出，然后打開第二高壓直流電源12開關，調節(jié)第二高壓直流電源12的輸出電壓到30kv，之后打開第一高壓直流電源5開關，調節(jié)第一高壓直流電源5的輸出電壓到-1.2kv時，針電極7的放電端與平板電極10的板面之間會產生大尺度大氣壓輝光放電。通入介質管8的氬氣流量由流量計1控制在70ml/min。

本實施例中，當環(huán)電極9與平板電極10的之間距離為2.8cm時，利用照相機對產生的放電進行了拍攝，如圖2所示，可以看出針電極7與平板電極10之間產生了大尺度的輝光放電。

本發(fā)明中，介質管8、針電極7和環(huán)電極9構成輔助放電機構，環(huán)電極9和平板電極10構成主放電機構，在輔助放電機構的不同放電電壓下，利用示波器對主放電機構的電壓和電流波形進行了監(jiān)測和記錄，分別做出在輔助放電機構放電電壓為-1.2kv、-1.8kv和-2.4kv時主放電機構的伏安特性曲線，如圖3所示。