本發(fā)明涉及材料合成設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及過熱氫交聯(lián)反應(yīng)的原子激發(fā)裝置。

背景技術(shù)：

過熱氫交聯(lián)反應(yīng)（hhic）的工作原理是系統(tǒng)在高真空的環(huán)境中，離子源在磁場的作用下產(chǎn)生氫離子等離子體，這些等離子體中的氫離子在高壓電極電壓的加速作用下加速進入漂移管，從而使其獲得一定的動能。其中的電子和氫離子分別經(jīng)電子阻擋電源、正離子阻擋電源而被阻擋在離子隔板外，只有中性氫氣能進入樣品室直接與樣品相互作用。這種帶有一定能量的中性氫氣被稱為超熱氫，利用能量可控的氫氣轟擊聚合物樣品表面，使得表面分子鏈上的c-h鍵斷裂，生成c自由基；表面產(chǎn)生的c自由基重新發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而形成一種新的表面結(jié)構(gòu)。但是現(xiàn)在的用于過熱氫交聯(lián)反應(yīng)的設(shè)備使用的離子源通常為磁控電子管微波等離子發(fā)生器（magnetronmicrowaveecr）。磁控電子管微波等離子發(fā)生器一方面體積較大，另一方面功率可調(diào)性很低。在實際使用中，磁控電子管所產(chǎn)生的微波需要通過體積較大的中空微波導(dǎo)管進入外加磁場的共振區(qū)域。由于要兼顧電磁匹配和微波反射等技術(shù)條件，所以整個微波通道除了微波導(dǎo)管外，還包含有匹配器、防反射保護裝置等，使整個等離子體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)巨大，不利于并聯(lián)使用，使得過熱氫交聯(lián)技術(shù)暫維持在實驗研究階段，而不能應(yīng)用到工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)上，極大的限制了過熱氫交聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供用于過熱氫交聯(lián)反應(yīng)的原子激發(fā)裝置。

用于過熱氫交聯(lián)反應(yīng)的原子激發(fā)裝置，包括底座，所述底座下方設(shè)置有等離子腔，所述等離子腔側(cè)壁上開設(shè)有氣體通道，所述等離子腔下方連接漂移管，所述底座上設(shè)置有至少一個電子回旋共振同軸等離子體發(fā)生器，所述電子回旋共振同軸等離子體發(fā)生器包括垂直設(shè)置的永磁鐵和微波導(dǎo)入裝置，所述微波導(dǎo)入裝置為同軸線接口，所述同軸線接口連接固態(tài)微波發(fā)生器，所述固態(tài)微波發(fā)生器內(nèi)裝設(shè)有與所述電子回旋共振同軸等離子體發(fā)生器相對應(yīng)數(shù)量的發(fā)生器模組，所述永磁鐵下方設(shè)置有高壓電極組。

在其中一個實施例中，所述高壓電極組包括從上至下順次設(shè)置的第一高壓電極片、第二高壓電極片、第三高壓電極片和第四高壓電極片，所述第一高壓電極片、第三高壓電極片和第四高壓電極片為中間帶孔的圓形電極片，所述第二高壓電極片設(shè)置于所述第一高壓電極片和第三高壓電極片之間，所述第二高壓電極片呈圓筒形，所述第二高壓電極片上均勻開設(shè)有圓孔，所述第二高壓電極片設(shè)置于所述漂移管內(nèi)。

在其中一個實施例中，所述第一高壓電極片、第二高壓電極片、第三高壓電極片和第四高壓電極片分別連接可供調(diào)壓裝置。

在其中一個實施例中，所述底座為圓形，所述底座上均勻設(shè)置有若干個電子回旋共振同軸等離子體發(fā)生器。

在其中一個實施例中，所述氣體通道入口設(shè)置有閥門。

在其中一個實施例中，所述永磁鐵表面設(shè)置有冷卻管，所述冷卻管內(nèi)充有循環(huán)的冷卻水，所述冷卻管的入口和出口設(shè)置于所述電子回旋共振同軸等離子體發(fā)生器頂端。

綜上所述，用于過熱氫交聯(lián)反應(yīng)的原子激發(fā)裝置，包括底座、等離子腔、氣體通道和電子回旋共振同軸等離子體發(fā)生器，電子回旋共振同軸等離子體發(fā)生器包括永磁鐵和微波導(dǎo)入裝置，微波導(dǎo)入裝置連接固態(tài)微波發(fā)生器，永磁鐵下方設(shè)置有高壓電極組，使用固態(tài)微波發(fā)生器產(chǎn)生的微波，永磁鐵產(chǎn)生穩(wěn)定的特定強度磁場，從氣體通道導(dǎo)入的氫氣在微波和特定強度磁場共同作用下產(chǎn)生電子回旋共振現(xiàn)象，氫氣在等離子腔內(nèi)被電離，高壓電極組上施加負(fù)電壓，被離化的氫離子被引出等離子腔加速進入漂移管，與中性氫原子發(fā)生碰撞產(chǎn)生超熱氫原子，本技術(shù)方案中使用體積小且磁性穩(wěn)定的永磁鐵，且直接導(dǎo)入由固態(tài)微波發(fā)生器產(chǎn)生的微波，使整個等離子發(fā)生器的體積較傳統(tǒng)的電子回旋共振等離子發(fā)生器極大的減小，并且利于通過疊加的方式增加材料的處理面積和范圍，利于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施例的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一實施例的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施方式對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明。

如圖1和圖2所示，用于過熱氫交聯(lián)反應(yīng)的原子激發(fā)裝置，包括底座1，所述底座1下方設(shè)置有等離子腔2，所述等離子腔2側(cè)壁上開設(shè)有氣體通道，所述等離子腔2下方連接漂移管3，所述底座1上設(shè)置有至少一個電子回旋共振同軸等離子體發(fā)生器，所述電子回旋共振同軸等離子體發(fā)生器包括垂直設(shè)置的永磁鐵5和微波導(dǎo)入裝置6，所述微波導(dǎo)入裝置6為同軸線接口，所述同軸線接口連接固態(tài)微波發(fā)生器7，所述固態(tài)微波發(fā)生器7內(nèi)裝設(shè)有與所述電子回旋共振同軸等離子體發(fā)生器相對應(yīng)數(shù)量的發(fā)生器模組71，所述永磁鐵5下方設(shè)置有高壓電極組。使用固態(tài)微波發(fā)生器7產(chǎn)生的微波，永磁鐵5產(chǎn)生穩(wěn)定的特定強度磁場，從氣體通道4導(dǎo)入的氫氣在微波和特定強度磁場共同作用下產(chǎn)生電子回旋共振現(xiàn)象，氫氣在等離子腔2內(nèi)被電離，高壓電極組上施加負(fù)電壓，被離化的氫離子被引出等離子腔2加速進入漂移管3，與中性氫原子發(fā)生碰撞產(chǎn)生超熱氫原子，最終漂移管3內(nèi)的帶能量的氫原子對樣品腔內(nèi)的待處理樣品表面進行轟擊，使樣品表面的有機分子c-h鍵斷裂，并形成c-c交聯(lián)而沒有不期待的鍵斷裂。

為了實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，因此需要對等離子發(fā)生器的結(jié)構(gòu)進行合理選擇，使等離子腔2內(nèi)產(chǎn)生足夠的符合能量要求的離化氫離子流。等離子體可以是dc等離子體、rf等離子體、常規(guī)微波等離子體或電子回旋共振（ecr）微波等離子體，但是在等離子體穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，現(xiàn)在常用的是使用電子回旋共振（ecr）等離子體。電子回旋共振等離子體的激發(fā)部件現(xiàn)在通常使用的離子源為磁控電子管微波等離子發(fā)生器（magnetronmicrowavegenerator），磁控電子管微波等離子發(fā)生器搭配電磁線圈于電磁線圈中間產(chǎn)生電子回旋共振所需的磁場，然而其磁控電子管為了運行穩(wěn)定需要配置微波導(dǎo)管、防反射器、匹配器等配件，且電磁線圈所占空間較大，因此現(xiàn)在常用的電子回旋共振等離子體有體積大不易并聯(lián)等問題只能單個使用的問題，因此只能在實驗過程中使用。而本技術(shù)方案中使用固態(tài)微波發(fā)生器7（solidstatemicrowavegenerator），微波導(dǎo)入裝置6將固態(tài)微波發(fā)生器7產(chǎn)生的微波導(dǎo)入等離子腔2內(nèi)，固態(tài)微波發(fā)生器7由于不需要使用磁控管、匹配器、防反射器等配件維持穩(wěn)定的微波，因此占地面積小，能夠多個固態(tài)微波器發(fā)生模組一起并聯(lián)使用，并且與固態(tài)微波發(fā)生器7配合使用的永磁鐵5體積小、可以相連使用且相互之間不受影響，因此通過使用永磁鐵5作為固態(tài)微波發(fā)生器7的離子化激發(fā)部件，可以實現(xiàn)大規(guī)模得到符合能量要求的過熱氫等離子體質(zhì)子流，即利于將過熱氫交聯(lián)技術(shù)用于工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中。

傳統(tǒng)技術(shù)中通常使用多腔磁控管作為微波發(fā)生器的離子源，本技術(shù)方案使用的固態(tài)微波發(fā)生器7與磁控管微波發(fā)生器相比還具有以下優(yōu)點：固態(tài)微波發(fā)生器7在一定頻率范圍內(nèi)可以實現(xiàn)準(zhǔn)確微調(diào)的連續(xù)波輸出功率，利于適應(yīng)不同能量的離子需求；固態(tài)微波發(fā)生器7可以一個或多個一起使用，且具有高可靠性和小占地面積的特點。以上利于過熱氫交聯(lián)技術(shù)在工業(yè)上的大規(guī)模穩(wěn)定使用。

本技術(shù)方案中，使用同軸線接口的微波導(dǎo)入裝置6將固態(tài)微波發(fā)生器7的微波導(dǎo)入等離子腔2內(nèi)，固態(tài)微波發(fā)生器7內(nèi)設(shè)有與電子回旋共振同軸等離子體發(fā)生器相對應(yīng)數(shù)量的發(fā)生器模組71，而電子回旋共振同軸等離子體發(fā)生器包括永磁鐵5和微波導(dǎo)入裝置6，因此發(fā)生器模組71的數(shù)量和永磁鐵5與微波導(dǎo)入裝置6相對應(yīng)，確保電子回旋共振同軸等離子體發(fā)生器間的并聯(lián)使用，并且相互之間不受影響，效果穩(wěn)定疊加。同時本技術(shù)方案中的永磁鐵5垂直底座1裝設(shè)，能夠得到分布均勻的磁場分布利于和穩(wěn)定的微波場一起對氫原子作用，永磁鐵5的磁性方向不限。

在其中一個實施例中，所述高壓電極組包括從上至下順次設(shè)置的第一高壓電機片81、第二高壓電機片82、第三高壓電機片83和第四高壓電機片84，所述第一高壓電機片81、第三高壓電機片83和第四高壓電機片84為中間帶孔的圓形電極片，所述第二高壓電機片82設(shè)置于所述第一高壓電機片81和第三高壓電機片83之間，所述第二高壓電機片82呈圓筒形，所述第二高壓電機片82上均勻開設(shè)有圓孔，所述第二高壓電機片82設(shè)置于所述漂移管3內(nèi)。第一高壓電機片81位于等離子腔2和漂移管3間，用于對氫離子進行加速或減速，氫離子通過第一高壓電機片81上的孔進入漂移管3內(nèi)，漂移管3內(nèi)通入氫氣，同時第二高壓電機片82和第三高壓電機片83均對氫離子進行加速或減速控制，使氫離子在漂移管3內(nèi)和氫原子發(fā)生碰撞獲得所需能量，位于末端的第四高壓電機片84和第三高壓電機片83的電壓方向相反，起到阻止氫離子或電子進入樣品室或產(chǎn)品室的效果。

在其中一個實施例中，所述第一高壓電機片81、第二高壓電機片82、第三高壓電機片83和第四高壓電機片84分別連接可供調(diào)壓裝置。進入漂移管3中的氫離子在第一高壓電機片81、第二高壓電機片82和第三高壓電機片83的作用下進行加速或減速運動，以實現(xiàn)和氫原子進行碰撞的技術(shù)效果，而根據(jù)不同產(chǎn)品的需要，氫原子所需能量不盡相同，因此需要合理控制氫離子的加速或減速，如此需要對第一高壓電機片81、第二高壓電機片82和第三高壓電機片83進行電壓調(diào)節(jié)，而第四高壓電機片84在于阻止氫離子和電子進入樣品室或產(chǎn)品室，第四高壓電機片84和第三高壓電機片83的電壓方向相反，因此第一高壓電機片81、第二高壓電機片82、第三高壓電機片83和第四高壓電機片84分別連接可供調(diào)壓裝置，能夠方便調(diào)節(jié)氫離子在漂移管3中的運動情況，并且分開控制調(diào)節(jié)能提高調(diào)節(jié)效果的可靠性。

在其中一個實施例中，所述底座1為圓形，所述底座1上均勻設(shè)置有若干個電子回旋共振同軸等離子體發(fā)生器。底座1設(shè)置為圓形，利于等離子腔2內(nèi)分子和質(zhì)子的均勻分布，同時永磁鐵5的磁場方向呈圓周放射狀，因此底座1和等離子腔2設(shè)置為圓形，利于等離子腔2內(nèi)分子受磁場作用均勻。

在其中一個實施例中，所述氣體通道4入口設(shè)置有閥門。氣體通道4入口設(shè)置的閥門方便反應(yīng)氣體的進入和泄氣的調(diào)節(jié)控制。

在其中一個實施例中，所述永磁鐵5表面設(shè)置有冷卻管9，所述冷卻管9內(nèi)充有循環(huán)的冷卻水，所述冷卻管9的入口和出口設(shè)置于所述電子回旋共振同軸等離子體發(fā)生器頂端。永磁鐵5在高壓電極電壓的加速作用下會產(chǎn)生大量的熱量，如此影響永磁鐵5的磁性和使用壽命，因此在永磁鐵5表面設(shè)置的充有循環(huán)冷卻水的冷卻管9利于降低永磁鐵5的溫度，延長永磁鐵5的使用壽命，并且不會影響等離子腔2內(nèi)的環(huán)境溫度。

另外，本發(fā)明中的技術(shù)方案根據(jù)電子回旋共振同軸等離子體發(fā)生器的數(shù)量變化，其相對應(yīng)的體積有些許變化，因此根據(jù)實際大小可以設(shè)置為立式或者橫置。用于實驗室用途時，電子回旋共振同軸等離子體發(fā)生器安裝一個即可滿足需要，本技術(shù)方案可以設(shè)置為常見的立式；用于工業(yè)生產(chǎn)用途時，電子回旋共振同軸等離子體發(fā)生器的數(shù)量為并聯(lián)的若干個，為了設(shè)備的合理化放置，本技術(shù)方案的激發(fā)裝置可以設(shè)置為圖示所示的橫置，利于裝置使用安裝的穩(wěn)定性和好操作性。

以上所述僅為本發(fā)明的一個具體實施例，但本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征并不限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的領(lǐng)域內(nèi)，所作的變化或修飾均涵蓋在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。