一種無(wú)縫接觸透明電極產(chǎn)生等離子體射流的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于等離子體的產(chǎn)生及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種無(wú)縫接觸透明電極產(chǎn)生等離子體射流的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體放電是一種能夠產(chǎn)生高密度低溫等離子體的有效方法，在材料表面改性、臭氧合成和滅菌消毒等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。大氣壓低溫等離子體射流是一種新型的氣體放電技術(shù)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定和無(wú)需真空設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。
[0003]通常，產(chǎn)生等離子體射流的裝置主要由石英玻璃管、金屬電極和高壓電源三部分組成;其中，金屬電極一般是采用銅箔或者鋁箔包裹在石英玻璃管的外壁上制作而成。把金屬電極與高壓電源相接，在高壓電源的激勵(lì)下，石英玻璃管內(nèi)的反應(yīng)氣體被電離而產(chǎn)生等離子體。在外加電壓和氣流的共同作用下，將放電所產(chǎn)生的等離子體引出放電區(qū)域而到達(dá)石英玻璃管外，從而到達(dá)開(kāi)放的應(yīng)用區(qū)域。但是，這種結(jié)構(gòu)的裝置存在以下兩方面的不足。一方面，金屬電極與石英玻璃管外壁之間會(huì)存在縫隙，不能達(dá)到無(wú)縫包裹石英玻璃管的目的，這樣會(huì)導(dǎo)致外加電壓沒(méi)有完全施加在電極位置處的工作氣體上，即部分電壓會(huì)損失在金屬電極與管外壁的縫隙中，造成能源的浪費(fèi)。另外，在金屬電極的制作過(guò)程中，也會(huì)造成有色金屬的浪費(fèi)。另一方面，就等離子體的應(yīng)用而言，等離子體參量是其中的一個(gè)重要物理量。由于金屬電極是不透明的，因此無(wú)法測(cè)量電極位置處等離子體的發(fā)光信號(hào)，也就無(wú)法計(jì)算該位置處的等離子體參量，從而制約了現(xiàn)有等離子體射流的靈活應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一就是提供一種無(wú)縫接觸透明電極產(chǎn)生等離子體射流的裝置，以解決現(xiàn)有裝置因金屬電極與石英玻璃管外壁之間存在縫隙而導(dǎo)致部分電壓損失在金屬電極與管壁之間的縫隙內(nèi)以及無(wú)法測(cè)量電極位置處等離子體發(fā)光信號(hào)的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明的目的之二就是提供一種無(wú)縫接觸透明電極產(chǎn)生等離子體射流的方法。
[0006]本發(fā)明的目的之一是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種無(wú)縫接觸透明電極產(chǎn)生等離子體射流的裝置，包括兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的水槽、石英玻璃管和等離子體發(fā)生電源;所述石英玻璃管垂直穿過(guò)兩個(gè)所述水槽的側(cè)面;所述水槽由透明絕緣材料制成，在兩個(gè)所述水槽內(nèi)分別盛有用作電極的液體水，兩個(gè)水槽內(nèi)的液面可使穿過(guò)所述水槽內(nèi)部的石英玻璃管完全浸沒(méi);在所述石英玻璃管內(nèi)通有放電氣體;所述等離子體發(fā)生電源的正負(fù)極分別與兩個(gè)水槽內(nèi)的液體水電連接。
[0007]優(yōu)選的，所述石英玻璃管的長(zhǎng)度為10?20mm，其壁厚為0.1?1mm，其外徑為0.3?30mm ο
[0008]更優(yōu)選的，所述石英玻璃管的長(zhǎng)度為20mm，其壁厚為1mm，其外徑為6mnu
[0009]優(yōu)選的，所述水槽的長(zhǎng)為20?60mm，寬為5?10mm，高為20?60mm;所述水槽的壁厚為
0.1?Imm;兩個(gè)水槽之間的間距為5?20_。
[0010]更優(yōu)選的，所述水槽由透明的絕緣材料PET薄膜制成，其壁厚為0.1mm，其長(zhǎng)寬高為40mm X 5mm X 40mm，兩個(gè)水槽之間的間距為I Omm。
[0011]所述放電氣體為氬氣、氦氣、氬氣與空氣的混合氣體或者氦氣與空氣的混合氣體；且所述放電氣體的流量可調(diào)。
[0012]本發(fā)明的目的之二是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種無(wú)縫接觸透明電極產(chǎn)生等離子體射流的方法，包括如下步驟:
a、設(shè)置兩個(gè)相對(duì)的水槽，并在兩個(gè)水槽內(nèi)盛放用作電極的液體水;使石英玻璃管垂直穿過(guò)兩個(gè)水槽的側(cè)面，且兩個(gè)水槽內(nèi)的液面可使穿過(guò)所述水槽內(nèi)部的石英玻璃管完全浸沒(méi);所述水槽由透明絕緣材料制成;兩個(gè)水槽內(nèi)的液體水分別與水槽外部的等離子體發(fā)生電源的正負(fù)極電連接；
b、從所述石英玻璃管的一端向所述石英玻璃管內(nèi)通入放電氣體；
C、打開(kāi)等離子體發(fā)生電源的開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)等離子體發(fā)生電源的電壓，在等離子體發(fā)生電源的激勵(lì)下，在所述石英玻璃管的內(nèi)部產(chǎn)生等離子體，所產(chǎn)生的等離子體在石英玻璃管內(nèi)氣流的作用下由所述石英玻璃管的另一端被引出。
[0013]步驟b中向所述石英玻璃管內(nèi)通入的放電氣體為氬氣、氦氣、氬氣與空氣的混合氣體或者氦氣與空氣的混合氣體;所通入的放電氣體的流量為0.1?5L/min。
[0014]步驟c中調(diào)節(jié)等離子體發(fā)生電源的電壓在5?1kV之間，頻率在8?15kHz之間。
[0015]本發(fā)明通過(guò)設(shè)置兩個(gè)相對(duì)的水槽，水槽由透明絕緣材料制作，在水槽內(nèi)盛有作為電極的液體水，即:本發(fā)明中的電極替換了現(xiàn)有技術(shù)中的金屬電極，改為透明的水電極，從而可避免有色金屬的浪費(fèi)。石英玻璃管以垂直于水槽側(cè)面的方式垂直穿過(guò)兩個(gè)水槽，且石英玻璃管的兩端分別位于兩個(gè)水槽的外側(cè)。水槽內(nèi)的液面可將穿過(guò)水槽內(nèi)的石英玻璃管完全浸沒(méi)。因此，本發(fā)明可解決現(xiàn)有技術(shù)中金屬電極與石英玻璃管外壁之間存在縫隙的問(wèn)題，即本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了電極與石英玻璃管外壁之間的無(wú)縫接觸，與現(xiàn)有的有縫隙接觸相比，在相同的激勵(lì)電壓下，本發(fā)明可以增加放電等離子體中的活性自由基的含量，增加電子密度，提高反應(yīng)效率。另一方面，本發(fā)明還解決了現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法測(cè)量金屬電極位置處等離子體發(fā)光信號(hào)的問(wèn)題，由于水槽中的液態(tài)水具有良好的透光性，因此可以對(duì)該位置處的發(fā)光信號(hào)進(jìn)行診斷，進(jìn)而計(jì)算其等離子體參量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)放電區(qū)域(包括石英玻璃管處和水電極處)全方位的光學(xué)診斷。另外，本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易操作、易于工業(yè)化應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)水槽的位置和兩個(gè)水槽的間距，進(jìn)而提高等離子體射流的應(yīng)用范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明所提供的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是圖1的端視圖。
[0018]圖3是本發(fā)明實(shí)施例2中所形成的放電等離子體射流的照片示意圖。
[0019]圖4是本發(fā)明實(shí)施例2中測(cè)量水槽內(nèi)透明電極位置處等離子體發(fā)射光譜的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1，一種無(wú)縫接觸透明電極產(chǎn)生等離子體射流的裝置。
[0021]如圖1和圖2所示，本發(fā)明所提供的無(wú)縫接觸透明電極產(chǎn)生等離子體射流的裝置包括兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的水槽2、石英玻璃管I和等離子體發(fā)生電源3。水槽2由透明絕緣材料制成，例如，可由透明的絕緣材料PET薄膜制成。水槽2可以是封閉的箱體結(jié)構(gòu)，也可以是頂端敞口的箱體結(jié)構(gòu)。水槽2的長(zhǎng)、寬、高可以為(20?60mm) X (5?10mm) X (20?60mm);優(yōu)選的，水槽2的長(zhǎng)、寬、高為40mmX5mmX40mm。水槽2的壁厚可以為0.1?Imm;優(yōu)選的，水槽2的壁厚為0.1mm0兩個(gè)水槽2之間的間距可以為5?20mm;優(yōu)選的，兩個(gè)水槽2之間的間距為10mm。在水槽2內(nèi)注有液體水，水槽2內(nèi)的液體水是用作電極所用，即:本發(fā)明中的電極為透明的水電極。
[0022]石英玻璃管I為兩端開(kāi)口的圓柱形管體結(jié)構(gòu)，石英玻璃管I的長(zhǎng)度可以為10?20mm，其壁厚可以為0.1?1mm，其外徑可以為0.3?30mm。優(yōu)選的，石英玻璃管I的長(zhǎng)度為20mm，其壁厚為1mm，其外徑為6mm