專利名稱：低真空狀態(tài)下的冷等離子體輝光放電發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于等離子體發(fā)生器領(lǐng)域，具體涉及一種低真空狀態(tài)下的冷等離子體輝光放電發(fā)生器。
背景技術(shù)：
近年來，等離子體技術(shù)的應(yīng)用涉及到各個領(lǐng)域，其物理與化學應(yīng)用已經(jīng)是一個具有全球影響的重要科學與工程，對高科技經(jīng)濟的發(fā)展及傳統(tǒng)工業(yè)的改造能產(chǎn)生巨大的影響。目前，冷等離子體技術(shù)已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造、材料改性、廢物處理、聚合物薄膜制備、農(nóng)業(yè)增產(chǎn)等領(lǐng)域。目前國內(nèi)有關(guān)冷等離子體發(fā)生器專利基本均為常壓下的等離子體發(fā)生器，包括射頻輝光放電(CN1812686A、CN1859825A、CN101083868A、CN101835339A、CN102573264A、CN2571127Y、CN2604846Y、CN2682772Y)、電容耦合輝光放電(CN1708204A)、接觸輝光放電(CN1642383A)、介質(zhì)阻擋放電(CN1819737A、CN1921250A、CN101415292A、CN101835336A、CN102333411A、CN201004732Y)、電暈放電(CN1452448A、CN102656953A)等。此外，也有真空電弧放電等離子體發(fā)生器(CN1934914A)，但低真空條件下的輝光放電等離子體發(fā)生器專利未見公開，且現(xiàn)有設(shè)備多是采用傳導(dǎo)電流，造成儀器溫度升高，需要增加冷卻介質(zhì)或結(jié)構(gòu)才能控制裝置內(nèi)的溫度。現(xiàn)有等離子體處理設(shè)備多較簡易，無法實現(xiàn)批量連續(xù)處理，用在實驗室尚可，用于實際生產(chǎn)則凸顯出其效率低的不足，在一定程度上制約了等離子體處理設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化。另外`，現(xiàn)有放電裝置結(jié)構(gòu)局限，產(chǎn)生的等離子體活性粒子的質(zhì)量不高。2005年我們在世界上首次發(fā)現(xiàn)了冷等離子體能與生物大分子產(chǎn)生互作用，使生物大分子產(chǎn)生能量的躍遷，具體表現(xiàn)在作物生理活性大大加強，潛在抗逆基因得到表達，提高了作物的生長活力和抗逆性能。

發(fā)明內(nèi)容
解決的技術(shù)問題為了提升冷等離子體發(fā)生器的冷等離子體活性粒子的質(zhì)量，提高冷等離子體改性處理設(shè)備的工作效率，本發(fā)明提供一種基于容抗放電的冷等離子體輝光放電發(fā)生器，將其置于低真空腔體內(nèi)，通過金屬懸浮屏蔽的極板結(jié)構(gòu)，經(jīng)位移電流產(chǎn)生的冷等離子體對物料連續(xù)處理。技術(shù)方案低真空狀態(tài)下的冷等離子體輝光放電發(fā)生器，包括等離子體處理裝置，所述裝置設(shè)于真空度可調(diào)的腔體內(nèi)，該裝置包括絕緣支架、放電裝置、主動輥、從動輥、壓輥和傳送帶，主動輥和從動輥通過軸承分別設(shè)于絕緣支架的兩端，傳送帶設(shè)于主動輥和從動輥之上，壓輥通過軸承設(shè)于絕緣支架一端，將傳送帶壓緊于主動輥上，放電裝置設(shè)于絕緣支架上，傳送帶從放電裝置的內(nèi)部穿過；所述放電裝置包括平行設(shè)置的上下兩塊極板，每塊極板設(shè)有金屬懸浮屏蔽外殼，極板與金屬懸浮屏蔽外殼之間填充有絕緣材料，兩塊極板相對兩面的間距為1. 5 10cm，傳送帶從兩個極板之間穿過，每個極板上設(shè)有極板接頭，所述極板接頭通過射頻輸出線與射頻源連接。所述極板接頭與極板的連接處設(shè)有絕緣材料。所述射頻源為雙輸出供電裝置，所述雙輸出供電裝置包括交流電源和變壓器，所述變壓器僅原邊接地，副邊輸出端經(jīng)絕緣保護后與負載連接，所述負載為放電裝置。所述絕緣材料為聚四氟乙烯、陶瓷或丙烯。所述腔體的真空度為9(Tl80pa。所述從動輥設(shè)置有張緊裝置。所述腔體、極板、金屬懸浮屏蔽外殼為不銹鋼材料。所述主動輥、從動輥及壓輥的軸芯均為不銹鋼材料，外敷絕緣橡膠層。所述傳送帶為天然高分子材料，所述天然高分子材料為棉、麻、亞麻或絲類制品。所述真空度可調(diào)的腔體內(nèi)為工作氣體，所述氣體為空氣、氬氣、氧氣、氦氣或氮氣中的一種或任意幾種氣體的混合物。有益效果該裝置是目前唯一的能夠產(chǎn)生與生物大分子相互作用的冷等離子體發(fā)生裝置，通過對放電裝置中的極板結(jié)構(gòu)改進，增加了金屬懸浮屏蔽外殼和絕緣填充材料，阻止了極板與腔體內(nèi)壁之間的放電，并使其產(chǎn)生位移電流，增強了等離子體的活性，實現(xiàn)了懸浮屏蔽；區(qū)別于以往的傳導(dǎo)電流，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)避免了極板與腔體間通過電流而發(fā)熱，因此不需要增加冷卻介質(zhì)或結(jié)構(gòu)就能控制裝置內(nèi)的溫度在較低的范圍，同時增加了真空紫外光的能量密度。通過極板間距的調(diào)節(jié)，可以得到合適的真空紫外光光子的密度。區(qū)別于現(xiàn)有的常壓輝光放電、電暈放電、DBD介質(zhì)阻擋放電、索梯放電、滑動電弧放電等等離子體發(fā)生裝置，低真空狀態(tài)下的冷等離子體輝光放電發(fā)生器所產(chǎn)生的活性粒子能量較高，例如以氬氫(體積比1:3)混合氣體作為介質(zhì)在低真空狀態(tài)下進行輝光放電，所產(chǎn)生的活性粒子能量達到f20ev，與生物大分子中電子能量處于同一能級，使得冷等離子體與生物大分子互作用成為可能，這一特征是目前其它等離子體放電裝置所無法比擬和取代的。同時本裝置在兩平行極板之間設(shè)置傳送帶，物料可以在傳送帶上實現(xiàn)連續(xù)傳送，使等離子體處理設(shè)備的自動化程度進一步提高，提升處理效率，使以工業(yè)化生產(chǎn)的方式處理物料成為可能，給冷等離子體處理行業(yè)帶來更廣闊的發(fā)展空間。


圖1是低真空狀態(tài)下的冷等離子體輝光放電發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖，1-絕緣支架，2-放電裝置，3-主動輥，4-從動輥，5-壓輥，6-傳送帶，2-2-上極板接頭；
圖2是放電裝置首I]面結(jié)構(gòu)布置不意圖，2-1-上極板,2_2_上極板接頭，2_3_下極板，2-4-下極板接頭，2-5-腔體；
圖3是放電裝置極板結(jié)構(gòu)示意圖，6-傳送帶，7-極板，8-金屬懸浮屏蔽外殼，9-絕緣材料，10-極板接頭，11-射頻源；
圖4為本發(fā)明與現(xiàn)有設(shè)備的工作狀態(tài)對比圖，圖A為本發(fā)明設(shè)備的工作狀態(tài)，圖B為現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備的工作狀態(tài)；由圖中可以看出，現(xiàn)有技術(shù)的極板與腔體間放電發(fā)熱，而本裝置避免了極板與腔體間通過電流而發(fā)熱；
圖5為本發(fā)明供電裝置電路示意圖，圖中12-交流電源，13-變壓器，14-負載。雙輸出工作原理雙輸出的工作原理與常規(guī)的變壓器工作原理類似，原副邊共地是為了信號或能量傳遞的穩(wěn)定性和抗干擾能力。但在實際工作中因為原邊與副邊共地，造成的射頻電場不平衡無法消除，必然產(chǎn)生自偏壓而產(chǎn)生直流電場造成的離子轟擊，二片電極必然會通過傳導(dǎo)電流。所以我們?nèi)∠斯驳芈?lián)接后采用雙輸出接口，其輸出的功率是沒有改變的，在常壓下無任何影響。其屏蔽保護仍采用接地法。只是到了真空腔體內(nèi)傳輸保護雙輸出的屏蔽均為懸浮狀，包括對極板的金屬懸浮屏蔽。約束了只有二片電極板之間才能放電，保證了位移電流的產(chǎn)生。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。實施例1 :
低真空狀態(tài)下的冷等離子體輝光放電發(fā)生器，如圖1所示，包括等離子體處理裝置，所述裝置設(shè)于真空度9(Tl80pa的不銹鋼腔體內(nèi)，腔體內(nèi)的真空度由真空泵控制，腔體內(nèi)為工作氣體，所述氣體為空氣、氬、氧、氦或氮中的一種或任意幾種的混合物，該裝置包括絕緣支架1、放電裝置2、主動輥3、從動輥4、壓輥5和傳送帶6，絕緣支架由不銹鋼板折彎焊接而成，外敷絕緣材料，主動輥3、從動輥4及壓輥5的軸芯均為不銹鋼材料，外敷絕緣橡膠層,傳送帶6為天然高分子材料，以便建立一個強電場，所述天然高分子材料為棉、麻、亞麻或絲類制品，主動輥和從動輥通過軸承分別設(shè)于絕緣支架的兩端，傳送帶設(shè)于主動輥和從動輥之上，壓輥通過軸承設(shè)于絕緣支架一端，將傳送帶壓緊于主動輥上，以保證工作時傳送帶不打滑，所述從動輥4設(shè)置有張緊裝置。放電裝置設(shè)于絕緣支架上，如圖2、3所示，傳送帶從放電裝置的內(nèi)部穿過；所述放電裝置2包括平行設(shè)置的兩塊不銹鋼極板7，每塊極板均半包覆有不銹鋼金屬懸浮屏蔽外殼8，所述的半包覆結(jié)構(gòu)如圖2、3所示，該包覆結(jié)構(gòu)使兩塊極板僅留有裸露的相對面，極板與金屬懸浮屏蔽外殼所形成的空間內(nèi)填充有聚四氟乙烯、陶瓷或丙烯，填充物與極板、外殼之間不留間隙，兩塊極板相對兩面的間距為1. 5 10cm，傳送帶從兩個極板之間穿過，每個極板上設(shè)有極板接頭10，所述極板接頭通過射頻輸出線與射頻源連接。所述極板接頭10與極板的連接處亦設(shè)有絕緣材料，避免連接處漏電。如圖5所示，射頻源為雙輸出供電裝置，所述雙輸出供電裝置包括交流電源12和變壓器13，所述變壓器僅原邊接地，副邊輸出端經(jīng)絕緣保護后與放電裝置2連接。由圖4中可以看出，現(xiàn)有技術(shù)的極板與腔體間放電發(fā)熱，而本裝置避免了極板與腔體間通過電流而發(fā)熱。將本裝置上下極板接通13. 56MHz的雙輸出射頻源，即可在極板間產(chǎn)生均勻穩(wěn)定的等離子體，以氬氫(體積比1:3)混合氣體作為工作氣體為例，在低真空狀態(tài)下進行輝光放電，所產(chǎn)生的活性粒子能量達到l 20ev。
實施例2
如圖1所示，低真空狀態(tài)下的冷等離子體輝光放電發(fā)生器，包括絕緣支架1、放電裝置
2、主動輥3、從動輥4、壓輥5、傳送帶6等六個部分組成所述絕緣支架由不銹鋼板折彎焊接而成，外敷絕緣材料，兩塊極板平行固定在絕緣支架上；主動輥、從動輥及壓輥通過軸承座安裝在絕緣支架上，可以順暢轉(zhuǎn)動；傳送帶纏繞在主動輥和從動輥上，壓輥將傳送帶緊壓在主動輥上，以保證工作時傳送帶不打滑。如圖1所示，主動輥3、從動輥4及壓輥5的軸芯均為不銹鋼原料加工而成，外敷絕緣橡膠層。如圖1所示，從動輥3設(shè)置有張緊裝置。設(shè)備使用一段時間后傳送帶可能變松，調(diào)整張緊裝置上的螺栓可重新張緊傳送帶。另外，通過調(diào)整張緊裝置還可防止傳送帶跑偏。如圖1所示，傳送帶6為天然高分子材料，以便建立一個強電場。如圖2所示，上極板2-1和下極板2-3平行相對布置，傳送帶從二者之間的腔體2-5穿過，上下極板上各有一個極板接頭，便于通過射頻輸出線與射頻源連接。將本裝置上下極板接通13. 56MHz的雙輸出射頻源，即可在極板間產(chǎn)生均勻穩(wěn)定的等離子體，如圖1所示。配以相應(yīng)的自動上下料裝置即可實現(xiàn)冷等離子體的連續(xù)處理。以氬氫(體積比1:3)混合氣體作為工作氣體在低真空狀態(tài)下進行輝光放電，所產(chǎn)生的活性粒子能量達到I 20ev。
權(quán)利要求
1.低真空狀態(tài)下的冷等離子體輝光放電發(fā)生器，其特征在于包括等離子體處理裝置，所述裝置設(shè)于真空度可調(diào)的腔體內(nèi)，該裝置包括絕緣支架(1)、放電裝置(2)、主動輥(3)、從動輥(4)、壓輥(5)和傳送帶(6)，主動輥和從動輥通過軸承分別設(shè)于絕緣支架的兩端，傳送帶設(shè)于主動輥和從動輥之上，壓輥通過軸承設(shè)于絕緣支架一端，將傳送帶壓緊于主動輥上，放電裝置設(shè)于絕緣支架上，傳送帶從放電裝置的內(nèi)部穿過；所述放電裝置(2)包括平行設(shè)置的上下兩塊極板(7)，每塊極板設(shè)有金屬懸浮屏蔽外殼(8)，極板與金屬懸浮屏蔽外殼之間填充有絕緣材料(9)，兩塊極板相對兩面的間距為1. 5 10cm，傳送帶從兩個極板之間穿過，每個極板上設(shè)有極板接頭(10)，所述極板接頭通過射頻輸出線與射頻源連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低真空狀態(tài)下的冷等離子體輝光放電發(fā)生器，其特征在于所述極板接頭(10)與極板的連接處設(shè)有絕緣材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低真空狀態(tài)下的冷等離子體輝光放電發(fā)生器，其特征在于所述射頻源為雙輸出供電裝置，所述雙輸出供電裝置包括交流電源(12)和變壓器(13)，所述變壓器僅原邊接地，副邊輸出端經(jīng)絕緣保護后與負載(14)連接，所述負載為放電裝置(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低真空狀態(tài)下的冷等離子體輝光放電發(fā)生器，其特征在于所述絕緣材料為聚四氟乙烯、陶瓷或丙烯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低真空狀態(tài)下的冷等離子體輝光放電發(fā)生器，其特征在于所述腔體的真空度為90~180pa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低真空狀態(tài)下的冷等離子體輝光放電發(fā)生器，其特征在于所述從動輥(4)設(shè)置有張緊裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低真空狀態(tài)下的冷等離子體輝光放電發(fā)生器，其特征在于腔體、極板、金屬懸浮屏蔽外殼為不銹鋼材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低真空狀態(tài)下的冷等離子體輝光放電發(fā)生器，其特征在于所述主動輥(3)、從動輥(4)及壓輥(5)的軸芯均為不銹鋼材料，外敷絕緣橡膠層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低真空狀態(tài)下的冷等離子體輝光放電發(fā)生器，其特征在于所述傳送帶(6)為天然高分子材料,所述天然高分子材料為棉、麻、亞麻或絲類制品。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低真空狀態(tài)下的冷等離子體輝光放電發(fā)生器，其特征在于所述真空度可調(diào)的腔體內(nèi)為工作氣體，所述氣體為空氣、氬氣、氧氣、氦氣或氮氣中的一種或任意幾種氣體的混合物。
全文摘要
低真空狀態(tài)下的冷等離子體輝光放電發(fā)生器，包括等離子體處理裝置，所述裝置設(shè)于真空度可調(diào)的腔體內(nèi)，該裝置包括絕緣支架、放電裝置、主動輥、從動輥、壓輥和傳送帶，主動輥和從動輥通過軸承分別設(shè)于絕緣支架的兩端，傳送帶設(shè)于主動輥和從動輥之上，壓輥也通過軸承設(shè)于絕緣支架一端，將傳送帶壓緊于主動輥上，放電裝置設(shè)于絕緣支架上，傳送帶從放電裝置的內(nèi)部穿過。本裝置通過對放電裝置中的極板結(jié)構(gòu)改進，增加了金屬懸浮屏蔽外殼和絕緣填充材料，阻止了極板與腔體內(nèi)壁之間的放電，并使其產(chǎn)生位移電流，增強了等離子體的活性。
文檔編號H05H1/46GK103052251SQ201210520969
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者邵漢良, 董元華, 錢海波, 繆琴 申請人:常州中科常泰等離子體科技有限公司, 中國科學院南京土壤研究所