專利名稱：常壓線狀冷等離子體射流產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料表面處理領(lǐng)域，特別涉及一種常壓等離子體裝置。
背景技術(shù)：
冷等離子體射流具有產(chǎn)生不依賴被處理物體的性質(zhì)、表面形貌和尺寸， 氣體溫度穩(wěn)定在室溫左右，對材料表面的損傷小的優(yōu)點(diǎn)，是等離子體軟處 理的理想選擇，在高分子材料、生物科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
目前對冷等離子體射流的研究主要集中在尺寸較小的微射流冷等離子 體。然而，冷等離子體微射流僅適合于小范圍的局部處理，不適合大面積 的工作。如果讓等離子體射流應(yīng)用于大面積、連續(xù)工作的生產(chǎn)線，就必須 將其橫向尺寸放大，使之成為線狀冷等離子體射流。
常壓下大面積氣體放電主要有兩種激發(fā)方式輝光放電(Atmospheric Pressure Glow Discharge, APGD )和介質(zhì)阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge, DBD) 。 APGD容易轉(zhuǎn)化為DBD和弧放電，因此目前還沒有APGD大尺 度冷等離子體射流。常壓下，相對穩(wěn)定的大面積低溫等離子體主要還是由 DBD產(chǎn)生，但是DBD的放電強(qiáng)度依賴于介質(zhì)的介電常數(shù)、電源波形和放 電電壓等眾多因素。對于射流性冷等離子體形成而言，高密度的放電有助 于產(chǎn)生相對高強(qiáng)度的等離子體射流，而常規(guī)的DBD等離子體密度受到介質(zhì) 介電常數(shù)的限制。因此，常規(guī)的APGD和DBD難以產(chǎn)生線狀冷等離子體 射流。
現(xiàn)有的線狀冷等離子體射流的產(chǎn)生方式主要有以下幾種 一種是采用 特殊的介質(zhì)材料，如相對高介電常數(shù)的材料和新型的薄膜介質(zhì)材料等，提 高放電強(qiáng)度產(chǎn)生等離子體射流，這種方法對介質(zhì)材料的要求較高；另一種 是釆用其他放電方式獲得相對高密度的等離子體，如類弧放電，這種方法 產(chǎn)生的等離子體射流均勻度欠佳，而且橫向尺度進(jìn)一步放大有困難；還有一種方法是通過冷等離子體微射流放電單元拼接成線狀冷等離子體射流， 但是冷等離子體微射流的產(chǎn)生裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸偏大，導(dǎo)致拼接效果不
理想，相鄰的兩個》文電單元無法有效地重疊。
因此，需要一種常壓線狀冷等離子體射流產(chǎn)生裝置解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別是解決無法在常 壓下使用普通介質(zhì)材料產(chǎn)生穩(wěn)定的、橫向尺寸和功率可調(diào)的、相對均勻的 線狀冷等離子體射流的問題。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種常壓線狀冷等離子體射流產(chǎn)生裝
置，所述裝置具有部件對稱結(jié)構(gòu)，包括介質(zhì)板；固定在所述介質(zhì)板的一 個側(cè)面上的梳狀懸空電極；固定在所述介質(zhì)板的另一個側(cè)面上、與所述梳 狀懸空電極絕緣、且與音頻交流功率源的輸出端相連的交流電壓電極板； 耐高溫和高電壓材料板，所述耐高溫和高電壓材料板的中間有一條狹縫； 放置在所述耐高溫和高電壓材料板下方、接地的導(dǎo)電材料板，所述導(dǎo)電材 料板的中間有 一條狹縫；放置在所述耐高溫和高電壓材料板以及導(dǎo)電材料 板的狹縫中間的耐高溫和高電壓薄板；放置在所述導(dǎo)電材料板下方的、遮 住所述導(dǎo)電材料板的狹縫的絕緣材料網(wǎng)和導(dǎo)電材料網(wǎng)，所述導(dǎo)電材料網(wǎng)接 地。
作為本發(fā)明的 一 個實(shí)施例，所述介質(zhì)板的材料為耐高溫和高電壓材料， 包括玻璃和陶瓷中的一種或幾種，所述^U犬懸空電^l由相互平行的、彼此 絕緣的金屬或其他導(dǎo)電材料材料絲構(gòu)成，所述交流電壓電極板由金屬或其 他導(dǎo)電材料構(gòu)成。
作為本發(fā)明的 一 個實(shí)施例，所述耐高溫和高電壓材料板與所述導(dǎo)電材 料板的尺寸和形狀相同，所述梳狀懸空電極和交流高壓電極板的材料、長 度、寬度、厚度、結(jié)構(gòu)和間距可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整，所述介質(zhì)板的形狀 包括長方形、圓形和其他不規(guī)則形狀。
作為本發(fā)明的 一個實(shí)施例，所述梳狀懸空電極和交流高壓電極板與所 述介質(zhì)板之間的關(guān)系包括所述梳狀懸空電極和交流高壓電極板與所述介質(zhì)板緊密相連；所述梳狀懸空電極和交流高壓電極板與所述介質(zhì)板之間留 有空隙；所述梳狀懸空電極和交流高壓電極板埋在所述介質(zhì)板的內(nèi)部。
通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了常壓下產(chǎn)生穩(wěn)定、橫向尺寸和功率可調(diào)的、相對均 勻的線狀冷等離子體射流。通過采用懸空電極結(jié)構(gòu)，將裝置的體積大大縮 小的同時，使整個裝置的制造簡單化。
本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面 的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)/人下面結(jié)合附圖對實(shí)施例的描 述中將變得明顯和容易理解，其中
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的常壓線狀冷等離子體射流產(chǎn)生裝置的主視圖2為本發(fā)明實(shí)施例的常壓線狀冷等離子體射流產(chǎn)生裝置在典型放電 條件下產(chǎn)生的線狀等離子體射流氣體溫度的橫向分布圖3為本發(fā)明實(shí)施例的常壓線狀冷等離子體射流產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的等離 子體射流處理雙向拉伸聚丙烯B OP P薄膜的效果示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其
能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā) 明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例的常壓線狀冷等離子體射流產(chǎn)生裝置的 結(jié)構(gòu)圖。該裝置具有部件對稱結(jié)構(gòu)，包括介質(zhì)板3、固定在介質(zhì)板3的一 個表面上的梳狀懸空電極1、固定在介質(zhì)板3的另一表面上與梳狀懸空電 極絕緣、且與音頻交流功率源相連的交流電壓電極板2、》文置在介質(zhì)板3 的下方的耐高溫和高電壓材料板4、放置在耐高溫和高電壓材料板4下方 的、接地的導(dǎo)電材料板5、放置在耐高溫和高電壓材料板4以及導(dǎo)電材料 板5的狹縫中間的耐高溫和高電壓薄板6、放置在導(dǎo)電材料板5的下方、
6遮住導(dǎo)電材料板5的狹縫的絕緣材料網(wǎng)和導(dǎo)電材料網(wǎng)7。
梳狀懸空電極1由相互平行的、彼此絕緣的金屬或其他導(dǎo)電材料絲構(gòu)
成。梳狀懸空電極1的材料、長度、寬度、厚度和間距等可以根據(jù)實(shí)際需
要調(diào)整，甚至可以采用其他結(jié)構(gòu)，如不規(guī)則條狀、圓弧狀等。
交流電壓電極4反2由金屬或其他導(dǎo)電材料制作而成。交流電壓電極板
2的材料、長度、寬度、厚度和間距等也可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。
介質(zhì)板3的材并十可以為高溫和高電壓材料，也可以用多層不同的介質(zhì)
材料復(fù)合，主要起到介質(zhì)作用、不被擊穿。介質(zhì)板3的形狀可以為長方形、
圓形或其它不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，只要使得梳狀懸空電極1不與電源的兩極連接即可。
梳狀懸空電極1和交流電壓電極板2與介質(zhì)板3之間可以緊密相連， 也可以根據(jù)需要在梳狀懸空電極1與介質(zhì)板3之間、交流電壓電極板2與 介質(zhì)板3之間留有空隙，放電時空隙之間也會產(chǎn)生等離子體。而且，梳狀 懸空電極1和交流電壓電極板2可以在介質(zhì)板3的表面，也可以埋在介質(zhì) 板3的內(nèi)部，只要彼此絕緣即可。
耐高溫和高電壓材料板4和導(dǎo)電材料板5的尺寸和形狀相同，中間都 開有一條縫。在本發(fā)明實(shí)施例中，耐高溫和高電壓材料包括玻璃、陶瓷等。 部件7的導(dǎo)電材料網(wǎng)接地以保護(hù)被處理物不被電擊。
梳狀懸空電極1、交流電壓電極板2和介質(zhì)板3構(gòu)成如圖1右圖所示 的復(fù)合部件。該復(fù)合部件的結(jié)構(gòu)不僅僅局限于圖1所示的平板結(jié)構(gòu)，可以 根據(jù)需要演化成其他形式。整個復(fù)合部件的橫向尺寸可以任意放大，只要 耐高溫和高電壓材料板4和導(dǎo)電材料板5的狹縫相應(yīng)》文大，電源選擇合適， 就可以產(chǎn)生需要長度的冷等離子體射流。
當(dāng)給交流電壓電極板2加上交流正弦或脈沖電壓時，小體積、高密度 的等離子體就會在梳狀懸空電極1的梳狀電極末端產(chǎn)生，由部件4和5的 狹縫處噴出，形成線狀冷等離子體射流。
如圖2所示，為典型放電條件下，距離噴口絕緣網(wǎng)大約5mm處，氮射 流等離子體的橫向氣體溫度分布測量結(jié)果。由圖中可見，本發(fā)明實(shí)施例的 裝置產(chǎn)生的冷等離子體射流橫向溫度分布均勻，不會產(chǎn)生局部的高溫而破 壞#1處理物。為了進(jìn)一步了解本發(fā)明實(shí)施例的常壓線狀冷等離子體射流產(chǎn)生裝置的
優(yōu)點(diǎn)，使用本發(fā)明實(shí)施例的裝置產(chǎn)生的線狀冷等離子體射流處理BOPP薄 膜。通過處理結(jié)果，本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯和容易理解。
在本發(fā)明實(shí)施例中，處理時間為3秒，功率源的功率為10KHz,放電 電壓為9KV, 〃使用達(dá)因值為39的達(dá)因測試液。如圖3所示為處理前后的 BOPP薄膜表面能的變化示意圖。圖3 (a)為未經(jīng)處理的BOPP表面，達(dá) 因測試液迅速收縮成水珠狀，而在圖3(b)中，在本處理后的區(qū)域，達(dá)因 測試液能夠均勻的分布在表面，這說明射流等離子體已經(jīng)均勻地作用到薄 膜表面，因?yàn)闆]有作用到的地方表面達(dá)因值偏低，測試液所形成的液體薄 膜很可能在相應(yīng)的地方破裂。類似的測試結(jié)果同樣能夠在聚乙烯PE和聚丙 烯OPP等其他聚合物薄膜上得到。
由上述描述可知，采用梳狀懸空電極1的一個優(yōu)勢在于利用梳狀電極 和功率電極^反之間形成的電容作為放電單元的限流元件和介質(zhì)阻擋放電所 需的電容，這樣不但使得整個裝置結(jié)構(gòu)緊湊，而且在不使用相對大體積限 流元件的條件下，有效地防止放電單元打弧，只需一個電源激發(fā)放電；另 一個優(yōu)勢在于放電不受介質(zhì)介電常數(shù)的限制，利用低介電常數(shù)的介質(zhì)就可 以產(chǎn)生相對高密度的等離子體、還有一個優(yōu)勢是放電均勻性的改善，可調(diào) 節(jié)梳狀電極和功率電極板之間的重疊面積，這樣可保證放電均勻性的同時， 有效地調(diào)節(jié)等離子體的積分功率，使得等離子體射流強(qiáng)度發(fā)生改變。除此 之外，采用梳狀懸空電極結(jié)構(gòu)使得等離子體射流裝置可方便地進(jìn)行放大， 形成大尺度的橫向尺度；等離子體射流氣體溫度橫向分布均勻，可以直接 接觸人體皮膚。這種均勻穩(wěn)定的優(yōu)勢使其適合熱敏感性材料和生物材料的 軟處理，不會造成局部的破壞。
通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了常壓下產(chǎn)生穩(wěn)定、橫向尺寸和功率可調(diào)的、相對均 勻的線狀冷等離子體射流。通過采用懸空電極結(jié)構(gòu)，將裝置的體積大大縮 小的同時，使整個裝置的制造簡單化。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例 進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等 同限定。
權(quán)利要求
1、一種常壓線狀冷等離子體射流產(chǎn)生裝置，包括介質(zhì)板；固定在所述介質(zhì)板的一個側(cè)面上的梳狀懸空電極；固定在所述介質(zhì)板的另一個側(cè)面上、與所述梳狀懸空電極絕緣、且與音頻交流功率源的輸出端相連的交流電壓電極板；耐高溫和高電壓材料板，所述耐高溫和高電壓材料板的中間有一條狹縫；放置在所述耐高溫和高電壓材料板下方、接地的導(dǎo)電材料板，所述導(dǎo)電材料板的中間有一條狹縫；放置在所述耐高溫和高電壓材料板以及導(dǎo)電材料板的狹縫中間的耐高溫和高電壓薄板；放置在所述導(dǎo)電材料板下方的、遮住所述導(dǎo)電材料板的狹縫的絕緣材料網(wǎng)和導(dǎo)電材料網(wǎng)，所述導(dǎo)電材料網(wǎng)接地。
2、 如權(quán)利要求1所述的常壓線狀冷等離子體射流產(chǎn)生裝置，其特征在 于，所述裝置具有部件對稱結(jié)構(gòu)。
3、 如權(quán)利要求1所述的常壓線狀冷等離子體射流產(chǎn)生裝置，其特征在 于，所述介質(zhì)板的材料為耐高溫和高電壓材料，包括玻璃和陶資中的一種 或幾種。
4、 如權(quán)利要求1所述的常壓線狀冷等離子體射流產(chǎn)生裝置，其特征在 于，所述梳狀懸空電極由相互平行的、彼此絕緣的金屬或其他導(dǎo)電材料材 料絲構(gòu)成。
5、 如權(quán)利要求1所述的常壓線狀冷等離子體射流產(chǎn)生裝置，其特征在 于，所述交流電壓電極板由金屬或其他導(dǎo)電材料構(gòu)成。
6、 如權(quán)利要求1所述的常壓線狀冷等離子體射流產(chǎn)生裝置，其特征在 于，所述耐高溫和高電壓材料板與所述導(dǎo)電材料板的尺寸和形狀相同，狹 縫上下對齊。
7、 如權(quán)利要求1所述的常壓線狀冷等離子體射流產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述梳狀懸空電極和交流高壓電極板的材料、長度、寬度、厚度、結(jié) 構(gòu)和間距可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整，其中，所述結(jié)構(gòu)包括不規(guī)則條狀和圓弧 狀。
8、 如權(quán)利要求1所述的常壓線狀冷等離子體射流產(chǎn)生裝置，其特征在 于，所述介質(zhì)板的形狀包括長方形、圓形和其他不規(guī)則形狀。
9、 如權(quán)利要求1所述的常壓線狀冷等離子體射流產(chǎn)生裝置，其特征在 于，所述梳狀懸空電極和交流高壓電極板與所述介質(zhì)板之間的關(guān)系包括所述梳狀懸空電極和交流高壓電極板與所述介質(zhì)板緊密相連；所述梳狀懸空電極和交流高壓電極板與所述介質(zhì)板之間留有空隙；所述梳狀懸空電極和交流高壓電極板埋在所述介質(zhì)板的內(nèi)部。
全文摘要
本發(fā)明提出一種常壓線狀冷等離子體射流產(chǎn)生裝置，包括介質(zhì)板；固定在所述介質(zhì)板的一個表面上的梳狀懸空電極；固定在所述介質(zhì)板的另一個表面上、與所述梳狀懸空電極絕緣、且與音頻交流功率源的輸出端相連的交流電壓電極板；中間開有一條狹縫的耐高溫和高電壓材料板；放置在所述耐高溫和高電壓材料板下方、接地的導(dǎo)電材料板，所述導(dǎo)電材料板的中間有一條狹縫；放置在所述耐高溫和高電壓材料板以及導(dǎo)電材料板的狹縫中間的耐高溫和高電壓薄板；放置在所述導(dǎo)電材料板下方的、遮住所述導(dǎo)電材料板的狹縫的絕緣材料網(wǎng)和導(dǎo)電材料網(wǎng)，所述導(dǎo)電材料網(wǎng)接地。通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了常壓下產(chǎn)生穩(wěn)定、橫向尺寸和功率可調(diào)的、相對均勻的線狀冷等離子體射流。
文檔編號H05H1/26GK101652016SQ200910167250
公開日2010年2月17日 申請日期2009年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者芳 丁, 倪添靈, 周海洋, 朱曉東, 溫曉輝, 詹如娟 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)