專利名稱：：液體中等離子電極、液體中等離子產(chǎn)生裝置和液體中等離子產(chǎn)生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及在液體中產(chǎn)生等離子的等離子技術(shù)，更具體地涉及在液體中產(chǎn)生高能等離子的方法和裝置，以及其中所用的電極。技術(shù)背景作為采用等離子的蒸氣淀積技術(shù)，采用氣相等離子的蒸氣淀積技術(shù)已經(jīng)按常規(guī)被廣泛采用。然而，在具有低材料密度的氣相等離子中，反應(yīng)速度低。因此，需要在有高材料密度的液體中產(chǎn)生等離子的技術(shù)。例如，國際^^布號02/038827的小冊子(文獻(xiàn)l)描述產(chǎn)生氣泡流體的發(fā)明，氣泡含有要沉積在電解液中的材料來源，電解液中放有一對隔開的電極，在氣泡區(qū)產(chǎn)生等離子輝光放電，從而使材料沉積在一個(gè)電極上。然而，文獻(xiàn)1中所述的發(fā)明采用直流輝光放電。文獻(xiàn)1部分介紹通過微波或電磁波輻射幫助輝光放電產(chǎn)生，但未對其專門描述。從技術(shù)觀點(diǎn)上看，有許多不清楚的要點(diǎn)，且認(rèn)為文獻(xiàn)1中所述的技術(shù)只限于直流輝光放電。因此，假定反應(yīng)速度與氣相等離子的水平相同。而且，日本未審專利公布號2002-301136的公告(文獻(xiàn)2)也描述用來自容器外部的#:波輻照液體，從而分解液體中的有害物質(zhì)。文獻(xiàn)2涉及來自容器外部的輻射^:波，從而分解含于容器中的液體內(nèi)的有害物質(zhì)，但并未解釋經(jīng)什么機(jī)理分解有害物質(zhì)。因此，這種方式的^:波輻射是不太可能在液體中產(chǎn)生等離子的，且文獻(xiàn)2沒有描述在液體中產(chǎn)生等離子。即使在液體中可能產(chǎn)生等離子，那也需要提供極強(qiáng)的電力而不具備多少實(shí)用性。此外，日本未審專利公布號2003-297598的/>報(bào)(文獻(xiàn)3)和曰本未審專利公布號2004-152523的公報(bào)(文獻(xiàn)4)中，用超聲波發(fā)生器對液體例如十二烷的內(nèi)部進(jìn)行輻射，從而在液體中產(chǎn)生氣泡，同時(shí)用電磁波發(fā)生器對產(chǎn)生氣泡的位置的液體進(jìn)行電磁波輻射，從而在氣泡中產(chǎn)生高能等離子。發(fā)明公開預(yù)期在以上文獻(xiàn)3和4中所述的經(jīng)電f茲波輻射液體內(nèi)部產(chǎn)生液體中等離子的方法能得到高反應(yīng)速度，因?yàn)橐合嘀械姆肿用芏冗h(yuǎn)高于氣相中的。然而，在導(dǎo)電液體例如水和醇中，有一個(gè)難題，渦電流產(chǎn)生于液體中并消耗輻射電磁波的能量。還有一個(gè)難題是由于羥基等吸收某個(gè)頻率能量而使電磁波衰減。已經(jīng)針對以上難題構(gòu)思本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種液體中等離子電極、液體中等離子產(chǎn)生裝置和可在多種液體包括導(dǎo)電液體例如水和醇中簡單地產(chǎn)生等離子的液體中等離子產(chǎn)生方法。為解決以上難題，根據(jù)本發(fā)明的液體中等離子電極是在液體中產(chǎn)生等離子的液體中等離子電極，其特征在于，具有含有與液體接觸的放電端表面的導(dǎo)電元件；和至少除放電端表面之外的覆蓋導(dǎo)電元件外圍的絕緣元件。而且，具有放電端表面的導(dǎo)電元件的導(dǎo)電端部分優(yōu)選具有大致的圓形或大致的矩形橫截面，d和x滿足-2d^x^2d,更優(yōu)選-d^xSd,其中的d是橫截面的短軸或短邊的長度，且當(dāng)參照平面是與放電端表面大致平行的絕緣元件的端表面時(shí)，x是從參照平面到含有放電端表面的平面距離。這里，當(dāng)0〈x時(shí)，放電端表面從絕緣元件的端表面(參照平面)向外突出。當(dāng)x-0時(shí)，放電端表面和參照平面位于相同平面。當(dāng)x〈0時(shí)，放電端表面從絕緣元件的端表面(參照平面)向內(nèi)退回。根據(jù)本發(fā)明的液體中等離子電極，由于在導(dǎo)電元件至少除放電端表面之外的外圍帶有絕緣元件，因而得到在多種液體例如含水液體中能產(chǎn)生高能等離子的優(yōu)點(diǎn)。而且，由于上述d和上述x間的關(guān)系保持在合適的范圍內(nèi)，不必向電極施加極大電力就能在液體中產(chǎn)生等離子。因此，并不一定需要大電源。而且，該液體中等離子電極具有簡單的結(jié)構(gòu)，可簡便地制備下面介紹的液體中等離子產(chǎn)生裝置。而且，根據(jù)本發(fā)明的液體中等離子產(chǎn)生裝置的特征在于具有含有液體的容器；液體中等離子電極，所述電極具有導(dǎo)電元件和絕緣元件，所述導(dǎo)電元件具有與液體接觸的放電端表面，所述絕緣元件覆蓋至少除放電端表面外的導(dǎo)電元件的外圍，至少液體中等離子電極的端部置于所述容器內(nèi)；和為至少該導(dǎo)電元件提供電力的高頻電源。而且，根據(jù)本發(fā)明的液體中等離子產(chǎn)生方法是在液體中產(chǎn)生等離子的液體中等離子產(chǎn)生方法，其特征在于，通過高頻電源向液體中等離子電極提供電力，所述電極具有導(dǎo)電元件和絕緣元件，所述導(dǎo)電元件具有與液體接觸的放電端表面，所述絕緣元件覆蓋至少除放電端表面外的導(dǎo)電元件的外圍。由于上述的本發(fā)明的液體中等離子電極，本發(fā)明的液體中等離子產(chǎn)生裝置和液體中等離子產(chǎn)生方法具有能在多種液體，例如含水液體中產(chǎn)生高能液體中等離子的優(yōu)點(diǎn)。附圖的簡述通過參考下列詳述和所附圖可更深刻地理解本發(fā)明。在下文中，將對附圖作出簡述。圖1是本發(fā)明液體中等離子電極的實(shí)例的端部的縱向橫截面視圖。圖2是示例性視圖，說明本發(fā)明液體中等離子產(chǎn)生裝置的一個(gè)實(shí)例。圖3是電路圖，說明用于本發(fā)明液體中等離子產(chǎn)生裝置的高頻電路的一個(gè)實(shí)例。圖4是說明實(shí)施方案中所用的液體中等離子產(chǎn)生裝置的說明性視圖。圖5是部分放大的視圖，以說明實(shí)施方案的液體中等離子電極的一個(gè)實(shí)例，具體地說，是該電極端部的軸向橫截面視圖。圖6是說明實(shí)施方案的液體中等離子電極的一個(gè)實(shí)例的橫截面視圖，具體表示了兩個(gè)相互垂直的橫截面。圖7是表示綠色染料吸收光譜結(jié)果的圖。圖8是表示紅色染料吸收光譜結(jié)果的圖。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方案為更詳細(xì)地描述本發(fā)明，將根據(jù)附圖描述實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方案。圖1的各圖是說明液體中等離子電極的實(shí)例的縱向橫截面視圖。圖2是說明液體中等離子產(chǎn)生裝置的一個(gè)實(shí)例的說明性視圖。圖3是說明用于液體中等離子產(chǎn)生裝置的高頻電路的一個(gè)實(shí)例的電路圖。液體中等離子產(chǎn)生裝置主要包括液體中等離子電極1、高頻電源2和含液體L的容器3，如圖2和圖3中所說明的它的一個(gè)實(shí)例那樣。如圖1中所示的它的實(shí)例那樣，液體中等離子電極1具有導(dǎo)電元件11和絕緣元件16。應(yīng)注意到，圖1-3是說明本發(fā)明液體中等離子電極和液體中等離子產(chǎn)生裝置的實(shí)例的視圖，而本發(fā)明不限于圖中所示的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明液體中等離子電極是在液體中產(chǎn)生等離子的液體中等離子電極，具有導(dǎo)電元件和其外圍的絕緣元件。導(dǎo)電元件具有與液體接觸的放電端表面，至少除放電端表面之外的導(dǎo)電元件的外圍被絕緣元件覆蓋。只要由導(dǎo)電材料制成，導(dǎo)電元件的材料并無特別限制。在金屬材料的情況下，例如，可能采用的不僅有銅(Cu)和含銅的銅合金、鋁(Al)和含鋁的鋁合金和不銹鋼，還有鉤(W)、銀(Ag)、鉬(Mo)、金(Au)、鉑(Pt)和碳(C)及含有這些元素的各種金屬材料。而且，導(dǎo)電元件的形狀也不特別限制。絕緣元件優(yōu)選由樹脂或陶瓷制成。樹脂的具體實(shí)例包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、尿素樹脂、蜜胺樹脂、聚氨酯樹脂、有機(jī)硅樹脂、氰酸鹽樹脂、聚酰胺樹脂、聚縮醛、聚碳酸酯、改性聚亞苯基醚、熱塑聚酯樹脂、聚四氟乙烯、氟碳樹脂、聚苯硫、聚砜、無定形聚芳酯、聚醚酰亞胺、聚醚砜、聚醚酮、液晶聚酯、聚酰胺-酰亞胺、聚酰亞胺、聚烯丙基醚腈(polyallylethernitrile)、聚苯并咪唑及其聚合物合金。陶資的具體實(shí)例包括氧化鋁、氧化鋁-二氧化硅、氧化鋯、四氮化三硅-氧化鋁(硅鋁氧氮陶瓷(sialon))、云母(氟金云母)、硅灰石、六方形氮化硼、氮化鋁、堇青石和透鋰長石。此外，絕緣元件的形狀無特別限制，只要它能覆蓋至少除放電端表面之外的導(dǎo)電元件外圍，并可適當(dāng)?shù)馗鶕?jù)導(dǎo)電端部分的形狀選擇。應(yīng)注意到，特別地提到的"覆蓋至少除放電端表面之外的導(dǎo)電元件外圍"，不僅包括如圖1中的中圖和右圖所示的覆蓋除放電端表面111之外的導(dǎo)電元件11的表面的情況，還包括如圖1中左圖所示的覆蓋除放電端表面111和從放電端表面111延伸的部分側(cè)面之外的導(dǎo)電元件ll的表面的情況。通過賦予某部位包括具有放電端表面的導(dǎo)電元件的端部(導(dǎo)電端部分)以特有的構(gòu)造，無需對電極應(yīng)用過大電力，本發(fā)明液體中等離子電極就能在液體中產(chǎn)生等離子。因此，在下列敘述中會(huì)詳細(xì)描述具有導(dǎo)電端部分的液體中等離子電極的電極端部。在液體中等離子電極中，電極端部是主要置于液體中的部分，非電極端部的其它部分的構(gòu)造無特別限制，只要它不違背實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述方式。導(dǎo)電端部分具有其上帶有絕緣元件的放電端表面。例如，當(dāng)導(dǎo)電元件具有立方形時(shí)，放電端表面可為位于導(dǎo)電元件的兩個(gè)縱向端的一個(gè)端表面或另一個(gè)端表面。此外，；改電端表面既可為平面也可為曲面或半球面。導(dǎo)電端部分的形狀無特別限制，但優(yōu)選例如圓柱形和三棱形的條狀，或?yàn)榘鍫睢＜?，?yōu)選導(dǎo)電端部分的橫截面形狀為大致的圓形例如正圓形和橢圓形或大致的矩形例如正文形和長方形。此外，放電端表面的導(dǎo)電端部分的邊緣優(yōu)選有削角(參見圖1中的編號112)。削角部分優(yōu)選曲面，曲率R的半徑優(yōu)選不小于0.01mm且不大于d/2(稍后定義d)。削角部分的形成抑制局部放電并減少對液體中等離子電極的損害。應(yīng)注意到，非導(dǎo)電端部分的導(dǎo)電元件部分的形狀不受限制，優(yōu)選使在后述液體中等離子產(chǎn)生裝置中的安裝方便的形狀。位于電極端部周圍的絕緣元件的形狀無特別限制，只要它位于導(dǎo)電端部分的外圍，并可根據(jù)導(dǎo)電端部分形狀適當(dāng)選擇。例如，絕緣元件可在導(dǎo)電端部分表面上形成0.01mm或更厚的厚度，盡管這取決于絕緣元件的材料。在這里，圖1的各圖是圖示本發(fā)明液體中等離子電極的實(shí)例的橫截面視圖，具體為電極端部分10的放大視圖。具有放電端表面111的導(dǎo)電端部分110可從絕緣元件16突出，或嵌于絕緣元件16中，而讓放電端表面111暴露。具體說來，優(yōu)選d和x滿足-2d^x^2d,當(dāng)導(dǎo)電端部分具有大致圓形的橫截面時(shí)，其中的d是橫截面的短軸的長度，或當(dāng)導(dǎo)電端部分具有大致的矩形橫截面時(shí)，d是橫截面短邊的長度，當(dāng)參照平面是與放電端表面大致平行的絕緣元件的端表面時(shí)，x是從參照平面到含有放電端表面的平面的距離。由于d和x滿足-2dSxS2d,無須向電極施加極大電力就能在液體中產(chǎn)生等離子。此外，如果-d^x^d,則產(chǎn)生等離子所需的電力可減少。如前所述，在本說明書中，當(dāng)放電端表面從參照平面突出時(shí)，x是正值，而當(dāng)放電端表面從參照平面縮回時(shí)，X是負(fù)值。要注意到，對于"導(dǎo)電端部分"的區(qū)域，具有與液體接觸的表面的導(dǎo)電元件的區(qū)域被稱為導(dǎo)電端部分，當(dāng)X^0時(shí)，具有放電端表面的極小(薄)部分可稱作導(dǎo)電端部分。這種情況下，d是放電端表面的短軸或短邊的長度，而當(dāng)x^0時(shí)，被絕緣元件覆蓋部分的形狀不受限制。此外，如果x值在-lmm-1mm范圍，無論導(dǎo)電端部分是什么形狀，都能很好地產(chǎn)生等離子。這里，當(dāng)放電端表面或絕緣元件的端表面(參照平面)是曲面時(shí)，包括離導(dǎo)電元件中部最遠(yuǎn)頂面或頂點(diǎn)，或離絕緣元件中部最遠(yuǎn)頂面或頂點(diǎn)的表面可作為^:電端表面或參照平面。應(yīng)注意到，在導(dǎo)電端部分中，當(dāng)導(dǎo)電端部分的橫截面的形狀是標(biāo)準(zhǔn)的圓形時(shí)，"d"等于直徑。此外，當(dāng)導(dǎo)電端部分的橫截面的形狀是正方形時(shí)，"d"等于邊長。另一方面，當(dāng)導(dǎo)電端部分的橫截面的形狀不是正圓形或正方形，最短軸的長度(當(dāng)橫截面是橢圓時(shí))或短邊的長度(當(dāng)橫截面是長方形時(shí))對應(yīng)于"d",但長軸長度或長邊的長度(下文中稱為"w")無特別限制?？赏ㄟ^采用以上詳細(xì)介紹的本發(fā)明液體中等離子電極構(gòu)成液體中等離子產(chǎn)生裝置。該液體中等離子產(chǎn)生裝置主要具有液體中等離子電極、向電極提供電力的高頻電源和容納液體的容器。容納液體的容器的形狀和材料無特別限制，只要它是能在等離子產(chǎn)生的全過程中很好地容納液體的容器。在容器中，至少提供液體中等離子電極的電極端部分，當(dāng)液體被引入容器中時(shí)，電極端部分位于液體中。應(yīng)注意到，如圖2中所示的那樣，第二個(gè)電極4優(yōu)選被提供在容器3中，以便面對液體中等離子電極1的電極端部分10。盡管只需要使液體中等離子電極1和笫二個(gè)電極4相對，仍希望電極間距為0.5-50mm。在本說明書中，"電極間距"被定義為從上述參照平面到第二個(gè)電極的相對表面的距離(圖2中標(biāo)記D所表示的)。此外，電極1不一定要如圖2中所示的那樣將電極端部分IO面朝上安放于容器3的底部，可將電極端部分10朝下或水平方向安放，只要電極端部分10與液體L接觸。此外，圖2中只提供了一個(gè)液體中等離子電極l，但可提供多個(gè)液體中等離子電極。而且，可采用排氣方式減少包括反應(yīng)容器的空間的壓力。由于壓力減少，可容易地實(shí)現(xiàn)等離子產(chǎn)生。此時(shí)所希望的壓力為1-600hPa。要注意到，由于在起泡和等離子產(chǎn)生之初壓力減少特別有效，起泡和等離子產(chǎn)生一旦穩(wěn)定，壓力就可恢復(fù)正常。高頻電源向液體中等離子電極即，導(dǎo)電元件提供電力。例如，優(yōu)選通過圖3中所示的高頻電路控制高頻電源。如圖3中所示，由高頻電源2經(jīng)匹配器21向諧振電路30提供電力。諧振電路30包括線圏31、32和電容器33,諧振電路30的觸點(diǎn)C和觸點(diǎn)D各自與第二電極4和液體中等離子電極1相連。諧振電路30被設(shè)計(jì)成在輸入高頻波的頻率下諧振。應(yīng)注意到，在圖3中，觸點(diǎn)C側(cè)接地，并連接笫二電極4，而觸點(diǎn)D連接液體中等離子電極1。所用頻率可根據(jù)液體種類和等離子的用途適當(dāng)選擇，所用頻率優(yōu)選在3MHz-3GHz的范圍。在采用含有較多水的液體中，如果采用例如工業(yè)上所允許的13.56MHz或27.12MHz,則該頻率更不易于被水分子所吸收。諧振電路不一定是這種類型的。它可為串聯(lián)諧振，當(dāng)頻率高時(shí)，也可用線(line)諧振器和空腔諧振器。當(dāng)液體被引入容器，高頻電源被起動(dòng)以向液體中等離子電極提供電力時(shí)，由于液體中等離子電極產(chǎn)生熱，液體內(nèi)產(chǎn)生液體沸騰和氣泡。同時(shí)，通過在產(chǎn)生氣泡的位置輻射高頻波，在氣泡內(nèi)部產(chǎn)生等離子。氣泡的內(nèi)部，液體在高溫和高壓下以氣態(tài)存在，氣泡的內(nèi)部所處于的狀態(tài)易于產(chǎn)生等離子。因此，通過輻射電磁波等，在氣泡內(nèi)部可容易地產(chǎn)生等離子。子電極的熱生成將液體加熱至沸騰的方法，還包括通過加熱元件佳:液體沸騰的方法、向液體輻射超聲波的方法等。因此，作為產(chǎn)生氣泡的方法，例如，在容納液體的容器中可配有加熱元件或超聲發(fā)生器。此外，可向液體中等離子產(chǎn)生裝置提供產(chǎn)生氣泡的功能，從而，在電極和基底(substrate)間產(chǎn)生氣泡例如微泡和毫^t泡，并生成被液體中等離子所激活的氣泡流?；蛘?，可向液體中等離子產(chǎn)生裝置提供使液體循環(huán)的功能，從而，在產(chǎn)生氣泡的同時(shí)使液體在電極和基底間循環(huán)。此外，可在電極和基底間提供氣體作為產(chǎn)生氣泡的輔助氣體。當(dāng)液體是醇時(shí)，所提供的氣體優(yōu)選是烴氣體例如曱烷和乙炔(acethylene)，惰性氣體例如氦和氬，或還原性氣體例如氬。所產(chǎn)生的等離子具有高溫和高能，可有效分解或合成材料。然而，由于等離子存在于液體中，等離子在宏觀上具有低溫，是安全的并易于操作。由于等離子存在于具有高材料密度的液體中，反應(yīng)速度極高。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明的液體中等離子電極、液體中等離子產(chǎn)生裝置和液體中等離子產(chǎn)生方法不限于上述方法。即，本領(lǐng)域技術(shù)人員可用各種不脫離本發(fā)明要點(diǎn)的修改和改進(jìn)的方法，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。根據(jù)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的以上方法可制備液體中等離子產(chǎn)生裝置。下文中，通過采用圖3-8,會(huì)與比較實(shí)施例一起描述液體中等離子電極、液體中等離子產(chǎn)生裝置和液體中等離子產(chǎn)生方法的實(shí)施方案。應(yīng)注意到，在下列實(shí)施方案中，表示于圖3和圖4中的裝置被用作液體中等離子產(chǎn)生裝置。下文中，會(huì)具體描述用于下列實(shí)施方案的液體中等離子產(chǎn)生裝置。此外，用于實(shí)施方案1-5、15-17的液體中等離子電極l'的實(shí)例和用于實(shí)施方案6-14的液體中等離子電極l"的實(shí)例各被示于圖5和圖6。[液體中等離子產(chǎn)生裝置]容器3包括由石英玻璃制成并具有空圓柱形的容器體、關(guān)閉容器體的較低開口端和較高開口端、各由不銹鋼制成并具有大致的圓盤形的關(guān)閉部件。液體中等離子電極1被固定到關(guān)閉較低開口端的關(guān)閉部件的中部。以電極端部10伸入容器3的內(nèi)部的方式安裝液體中等離子電極l。容器3的內(nèi)部充滿液體L，電極端部IO位于液體L的內(nèi)部。笫二電極4固定于液體中等離子電極1上方，以便以預(yù)定的電極間距D與液體中等離子電極l相對。笫二電極4是板狀純鋁(A1050(JIS)),第二電極4整個(gè)浸于液體L中。將液體中等離子電極1和第二電極4連至線圈、電容器等，從而結(jié)合于被提供了高頻波的諧振電路30(圖3),第二電極4由導(dǎo)電固定器固定，所述固定器穿過絕緣件33固定到閉合容器3的上開口端的閉合元件。通過該固定器使第二電極4連至諧振電路30。同時(shí)，在諧振電路30中，電容器33的電容為120pF,線圈31為0.2mH,線圏32為0.7pH,線圏31和線圏32的電阻的總和為0.5Q。容器3置于略大于容器3的外容器91的內(nèi)部。除具有經(jīng)排氣管95連到外容器91的真空泵90之外，外容器91與容器3的結(jié)構(gòu)相同。[液體中等離子電極][第一個(gè)實(shí)施方案]液體中等離子電極l'包括由金屬制成的導(dǎo)電元件12,還包括絕緣元件17。圖5是笫1至笫15個(gè)實(shí)施方案的液體中等離子電極l'的一個(gè)實(shí)施例的電極端部10'的軸向橫截面視圖。被用作導(dǎo)電元件12的是由純鋁(A1050(JIS))制成的圓柱(直徑3mm(d=3》，其一端具有平整的端表面121。在該實(shí)施方案中，該端表面121被用作放電端表面。在端表面121的邊緣，形成R=0.2mm的削角部分122。此夕卜，被用作絕緣元件17的是圓柱形陶覺絕緣管(內(nèi)徑3mm,外徑5mm，長25mm)。導(dǎo)電元件12插入管狀絕緣件17中。在液體中等離子電極l'的電極端部10',當(dāng)參照面171是與端表面121平行的絕緣元件的端表面時(shí)，調(diào)整導(dǎo)電元件12的插入位置，以確定從參照面171到端表面121(放電端表面)的距離x。在該實(shí)施方案中，液體中等離子電極l'適當(dāng)?shù)匮b至上述液體中等離子產(chǎn)生裝置，使從參照面171到端表面121(放電端表面)的距離為5mm(x=5)、1mm(x=l)或0mm(x=0)。要注意的是，在該實(shí)施方案中，x=5的電極標(biāo)為#1-1，x=l的電極標(biāo)為#1-2，乂=0的電極標(biāo)為#1-3。將自來水作為液體L并裝入液體中等離子產(chǎn)生裝置的容器3。電極間距D(從參照面171至笫二電極4的表面的距離)設(shè)定為2mm。首先，將外容器91的內(nèi)部減壓到200hPa的容器內(nèi)壓力。接著，將從高頻電源2輸出的電力的頻率設(shè)定為27.12MHz,將提供給液體中等離子電極l'的電力控制在0-600W，從而，在液體L中產(chǎn)生稠密的氣泡，等離子產(chǎn)生于這些氣泡中。氣泡在液體L中從放電端表面121產(chǎn)生。發(fā)生等離子排放時(shí)的各電極的高頻電力值列于表l。[表l]<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>當(dāng)采用#1-1至#1-3,其中-2d^xS2d時(shí)，可通過不超過500W的電力在水中產(chǎn)生等離子。注意到，當(dāng)x-O時(shí)，等離子約為2.5mm寬度和2.5mm高度的量。此外，在笫一個(gè)實(shí)施方案中，實(shí)驗(yàn)是在電極間距D保持不變(2mm)下進(jìn)行的，但即使是從端表面121(放電端表面)至笫二電極4的距離保持不變，結(jié)果也實(shí)質(zhì)上相同。而且，當(dāng)x=0的電極(#1-3)水平置于容器(從圖4中所示的位置轉(zhuǎn)動(dòng)90度的位置)中時(shí)，通過施加200W的電力產(chǎn)生放電。[笫二個(gè)實(shí)施方案]在第二個(gè)實(shí)施方案中，作為含有羥基的液體的實(shí)例，醇被用作液體L。即，除液體L是乙醇和容器中壓力設(shè)定為100hPa外，用與第一個(gè)實(shí)施方案類似的方法經(jīng)液體中等離子產(chǎn)生裝置產(chǎn)生等離子。這次所用的液體中等離子電極l'分別以使x-1、x-0和x二-l的方式裝至容器3。對于各電極，當(dāng)放電發(fā)生時(shí)的高頻電力值列于表2。[表2]電極導(dǎo)電元件液體種類電極間距D[mm]容器中壓力[hPa]產(chǎn)生等離子時(shí)的電力[w]材料規(guī)格d[mm]距離x[mm]#2-1鋁(A1050)3+1乙醇2100100#2-2鋁(A1050)30乙醇2100100#2-3鋁(A1050)3-l乙醇2100100即使當(dāng)液體L是乙醇時(shí)，也能產(chǎn)生等離子。此外，即使當(dāng)放電端表面121從參照面171伸出(0〈x)或從參照面ni縮回(x〈0)時(shí)，也能通過施加IOOW的電力產(chǎn)生等離子。所產(chǎn)生的等離子隨泡一起移動(dòng)并與置于液體中的第二電極4的表面接觸。放電完成后觀察笫二電極4的表面時(shí)，證實(shí)氣泡中活化成等離子狀態(tài)的碳沉積在笫二電極4的表面。[第三個(gè)實(shí)施方案]除導(dǎo)電元件12直徑為1.5mm(d=1.5),液體L是乙醇，電極間距D為3mm,容器中壓力為100hPa外，用與第一個(gè)實(shí)施方案相類似的方法，經(jīng)液體中等離子產(chǎn)生裝置產(chǎn)生等離子。絕緣元件17的內(nèi)徑也變?yōu)?.5mm，以便適合導(dǎo)電元件12的直徑。這次所用的液體中等離子電極l'分別以使x-士4、±3、±1、0的方式裝至容器3。對于各電極，當(dāng)放電發(fā)生時(shí)的高頻電力值列于表3。除導(dǎo)電元件12由純銅(C1011;無氧銅(JIS》制成，直徑為4mm(d=4),液體L為四乙氧基硅烷(TEOS),電極間距D為3mm,容器中壓力為50hPa夕卜，用與笫一個(gè)實(shí)施方案相類似的方法經(jīng)液體中等離子產(chǎn)生裝置產(chǎn)生等離子。絕緣元件17的內(nèi)徑也被改動(dòng)，以適合導(dǎo)電元件12的直徑。這次所用的液體中等離子電極l'分別以使x-土l、0的方式安裝。對于各電極，當(dāng)放電發(fā)生時(shí)的高頻電力值列于表4。<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>即使當(dāng)用TEOS作液體L時(shí)，也能產(chǎn)生等離子。此外，即使當(dāng)放電端表面121從參照平面171伸出(0〈x)或從參照平面171縮回(x〈0),通過施加200W的電力也能產(chǎn)生等離子。[第五個(gè)實(shí)施方案]除導(dǎo)電元件12由純銅(C1011)制成，直徑為0.3mm(d=0.3)，液體L為乙醇，電極間距為3mm,容器中壓力為50hPa外，用與第一個(gè)實(shí)施方案相類似的方法經(jīng)液體中等離子產(chǎn)生裝置產(chǎn)生等離子。絕緣元件17的內(nèi)徑也作改變，以適合導(dǎo)電元件12的直徑。這次所用的液體中等離子電極l'分別以使x=±0.5、0的方式安裝。對于各電極，當(dāng)放電發(fā)生時(shí)的高頻電力值列于表5。[表5]<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>在#5-1至#5-3中，其中盡管(1=0.3,x值滿足-2dSxS2d，通過施加150W的電力可在乙醇中產(chǎn)生等離子。[笫六至笫十四個(gè)實(shí)施方案〗在這些實(shí)施方案中，除改變液體中等離子電極1的形狀，將導(dǎo)電元件和絕緣元件的材料，液體L的種類，電極間距和容器中壓力改變?yōu)楸?-14中所示的值外，用與第一個(gè)實(shí)施方案相類似的方法經(jīng)液體中等離子產(chǎn)生裝置產(chǎn)生等離子。下文中，用圖6,描述用于各實(shí)施方案中的液體中等離子電極r。這些實(shí)施方案的各個(gè)液體中等離子電極r包括金屬制成的導(dǎo)電元件13,還包括絕緣元件18。圖6表示笫六至第十四個(gè)實(shí)施方案的液體中等離子電極r的一個(gè)實(shí)例，它們是液體中等離子電極r的縱向橫截面視圖(圖6的右圖)和垂直于縱向的液體中等離子電極r的橫截面視圖(圖6的左圖)。被用作導(dǎo)電元件13的是板狀體135和支架136,板狀體135由純鋁(A1050)或純銅(C1011)制成，當(dāng)x-O時(shí)，其規(guī)格為30mmx10mmx2mm(d=2)，支架136具有長方柱形。板狀體135的10mmx2mm的平整端表面131被用作放電端表面。在端表面131的邊緣，形成R=0.2mm的削角132。與端表面131相對的另一端部的中部被插入支架136的2mm寬的槽中。此外，作為絕緣元件13，采用由陶瓷或混合有玻璃纖維的環(huán)氧樹脂制成的絕緣蓋。提供絕緣蓋以覆蓋至少除端表面131之外的導(dǎo)電元件13(板狀體135和支架136)的表面。在電極端部10",絕緣蓋的厚度為3mm。在每個(gè)液體中等離子電極l"的電極端部10"，當(dāng)參照面181是與端表面131大致平行的絕緣元件的端表面時(shí)，調(diào)整絕緣元件18的規(guī)格，以確定從參照面181至端表面131(放電端表面)的距離x。在這些實(shí)施方案中，液體中等離子電極l"裝至容器3的方式使從參照面181至端表面131(放電端表面)的距離為x=±4、±3、±2、±1、0中任一個(gè)。對于各電極，放電發(fā)生時(shí)高頻電力的值列于表6-14。<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>[表12]<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>在第六個(gè)實(shí)施方案和笫七個(gè)實(shí)施方案中，絕緣元件18(絕緣蓋)的材料不同，分別為陶瓷和環(huán)氧樹脂。在第六個(gè)實(shí)施方案和第七個(gè)實(shí)施方案中，放電發(fā)生都在電力達(dá)到600W之前。然而，在采用由環(huán)氧樹脂制成的絕緣蓋作為絕緣元件18的第七個(gè)實(shí)施方案中，可以更小的電力更有效地產(chǎn)生等離子。此外，在笫六個(gè)實(shí)施方案至第八個(gè)實(shí)施方案中，由于-2d^x^2d，無需施加極大電力就能在液體中產(chǎn)生等離子。而且，如果-dSx^d，產(chǎn)生等離子的所需的電力就可減少。在第九個(gè)實(shí)施方案和第十個(gè)實(shí)施方案中，乙醇用作液體L，甚至在乙醇中也能產(chǎn)生等離子。笫十二個(gè)實(shí)施方案和第十三個(gè)實(shí)施方案中，從端表面131(放電端表面)到笫二電極4的表面的距離保持不變(2mm)。在該條件下，當(dāng)x^6時(shí)，甚至當(dāng)電力達(dá)到600W時(shí)，也不發(fā)生放電，但在-2d5xS2d的范圍中，進(jìn)而在-dSx^d的范圍中，無需施加過大的電力就能在液體中產(chǎn)生等離子。此外，在采用由環(huán)氧樹脂所制成的絕緣蓋的第十二個(gè)實(shí)施方案中，可在較低電力下更有效地產(chǎn)生等離子。此外，在笫六個(gè)實(shí)施方案至笫十四個(gè)實(shí)施方案中，純鋁或純銅被用作導(dǎo)電元件13,在這兩種情況中，可很好地產(chǎn)生等離子。進(jìn)而，即使當(dāng)液體L是如第十四個(gè)實(shí)施方案中的自來水，也可很好地產(chǎn)生等離子。所產(chǎn)生的等離子隨泡一起移動(dòng)，并與置于液體中的第二電極4的表面接觸。此外，在笫六個(gè)實(shí)施方案至第十三個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)在完成;^文電后觀察第二電極4的表面時(shí)，證實(shí)在氣泡內(nèi)部活化成等離子狀態(tài)的碳線性地沉積在第二電極4的表面上。[笫十五個(gè)實(shí)施方案]在第一個(gè)實(shí)施方案的液體中等離子電極l'中，通過采用各種金屬(尤其是，高純度鉬(Mo)、銀(Ag)、鋁(A1:A1050)、鴒(W)、銅(Cu:ClOll))作為導(dǎo)電元件12的原材料，比較產(chǎn)生放電的電力，結(jié)果列于表15。在各個(gè)液體中等離子電極l中，導(dǎo)電元件12的直徑為(1=0.7mm，從參照平面171至端表面121(放電端表面)的距離為x=2mm。對于各個(gè)電極，當(dāng)放電發(fā)生時(shí)高頻電力的值列于表15。[表15]<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>如表15中所示，銅在最小電力下產(chǎn)生放電。當(dāng)采用銀或鋁時(shí)，在完成放電后，組分被溶解到液體L(自來水)中，使用銀的情況下，自來水的顏色變黑，使用鋁的情況下，自來水的顏色變綠。[第十六個(gè)實(shí)施方案]將描述的實(shí)施方案中，對水溶液釆用本發(fā)明的液體中等離子產(chǎn)生方法。對于液體中等離子電極l'，d=0.7的純銅(C1011)被用作導(dǎo)電元件12,1%NaCl水溶液或0.5%明礬水溶液被用作液體L,且第二電極4不浸入液體L中(為了匹配)，除此之外，該實(shí)施方案的構(gòu)成類似于第一個(gè)實(shí)施方案的構(gòu)成。而且，從參照面171至端表面121(放電端表面)的3巨離為x=-2mm。在其中液體L是NaC水溶液或明鞏水溶液的兩種情況下，當(dāng)施加250W的電力時(shí)，開始放電。即，即使當(dāng)液體L是水溶液，也能在液體中得到放電。尤其是，在采用NaCl水溶液時(shí)，觀察到發(fā)出橙光，是Na的D譜線(Dline)。[笫十七個(gè)實(shí)施方案]將描述的實(shí)施方案中，本發(fā)明液體中等離子產(chǎn)生方法應(yīng)用于材料分解。在該實(shí)施方案中，會(huì)展示食品染料的分解。對于液體中等離子電極l',d=2.8的純銅(C1011)被用作導(dǎo)電元件12，含有濃度為0.1g/L的綠色染料(藍(lán)色1號1%，黃色4號3.5%,淀粉94%)或紅色染料(紅色102號10%，淀粉90%)的300cc水溶液被用作液體L,此外,該實(shí)施方案的構(gòu)成類似于第一個(gè)實(shí)施方案的構(gòu)成。另外，從參照面171至端表面121(放電端表面)的距離x=2mm。當(dāng)用綠色染料的情況下，含有綠色染料的液體L在500W時(shí)放電，通過施加500W的電力3分鐘使液體L放電(反射200W)。當(dāng)與反應(yīng)前作比較時(shí)，反應(yīng)后的水溶液的顏色變得更淺，色調(diào)也發(fā)生變化。為定量闡明這種變化，使用吸收光鐠。結(jié)果列于圖7。約630nm處的峰高被減少45%,這說明相應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)被分解了45%。約410nm處的峰也變得極小，由此明顯看出，對應(yīng)于410nm峰的化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)得比對應(yīng)于約630nm(藍(lán)色)峰的化學(xué)物質(zhì)快。另一方面，在使用紅色染料的情況下，施加300W3分鐘(反射100W)，水溶液放電。反應(yīng)前后的吸收光語示于圖8。反應(yīng)前的峰(508nm，0.342Abs)在反應(yīng)后變得更小(0.194Abs)，并漂移向長波長一側(cè)。該漂移表明結(jié)構(gòu)改變，例如脫氫作用等導(dǎo)致的共軛系統(tǒng)的膨脹。如上所述，通過控制條件本發(fā)明可用作化學(xué)反應(yīng)器。工業(yè)實(shí)用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明的液體中等離子電極、液體中等離子產(chǎn)生裝置和液體中等離子產(chǎn)生方法能夠在含有導(dǎo)電液體，例如水和醇的多種液體中產(chǎn)生高能等離子。即，本發(fā)明可應(yīng)用于化學(xué)蒸氣淀積、化學(xué)反應(yīng)器、有害物質(zhì)的裂化爐。此外，根據(jù)本發(fā)明的液體中等離子產(chǎn)生方法，雖然在液體中產(chǎn)生高溫高能等離子，但等離子被具有大熱容的液體所包圍，因此，本發(fā)明可用于低耐熱材料的表面上的蒸氣淀積。權(quán)利要求1.一種在液體中產(chǎn)生等離子的液體中等離子電極，其特征在于具有導(dǎo)電元件和絕緣元件，所述導(dǎo)電元件具有與液體接觸的放電端表面；所述絕緣元件覆蓋該導(dǎo)電元件的至少除放電端表面之外的外圍。2.權(quán)利要求l中所述的液體中等離子電極，其中具有放電端表面的導(dǎo)電元件的導(dǎo)電端部分具有大致圓形或大致矩形的橫截面，且d和x滿足-2dSx^2d，其中的d是橫截面的短軸或短邊的長度，而當(dāng)參照平面是與放電端表面大致平行的絕緣元件的端表面時(shí)，x是從參照平面到含有放電端表面的平面的距離。3.權(quán)利要求2中所述的液體中等離子電極，其中的d和x滿足-dSd。4.權(quán)利要求l中所迷的液體中等離子電極，其中x滿足-1^x￡l(單位mm),其中當(dāng)參照平面是與放電端表面大致平行的絕緣元件的端表面時(shí)，x是從參照平面到含有放電端表面的平面的距離。5.權(quán)利要求2-4任一項(xiàng)中所述的液體中等離子電極，其中所述導(dǎo)電端部分的橫截面是標(biāo)準(zhǔn)的圓形或矩形。6.權(quán)利要求2-4任一項(xiàng)中所述的液體中等離子電極，其中的x滿足x復(fù)7.權(quán)利要求2-4任一項(xiàng)中所述的液體中等離子電極，其中的x滿足x-0。8.權(quán)利要求2-4任一項(xiàng)中所述的液體中等離子電極，其中的x滿足0<x。9.一種液體中等離子產(chǎn)生裝置，其特征在于具有包含液體的容器；液體中等離子電極，所述電極具有導(dǎo)電元件和絕緣元件，所述導(dǎo)電元件具有與液體接觸的放電端表面，所述絕緣元件覆蓋該導(dǎo)電元件的至少除放電端表面之外的外圍，至少液體中等離子電極的端部置于所述容器內(nèi)；和為至少該導(dǎo)電元件提供電力的高頻電源。10.權(quán)利要求9中所述的液體中等離子產(chǎn)生裝置，所述裝置還具有面對所述液體中等離子電極的端部的第二電極。11.一種在液體中產(chǎn)生等離子的液體中等離子產(chǎn)生方法，其特征在于，通過高頻電源向液體中等離子電極供應(yīng)電力，所述液體中等離子電極具有導(dǎo)電元件和絕緣元件，所述導(dǎo)電元件具有與液體接觸的放電端表面，所述絕緣元件覆蓋該導(dǎo)電元件的至少除放電端表面之外的外圍。12.權(quán)利要求11中所述的液體中等離子產(chǎn)生方法，其中，用含水材料作為所述液體。全文摘要根據(jù)本發(fā)明的液體中等離子電極1是在液體L中產(chǎn)生等離子的液體中等離子電極，具有導(dǎo)電元件11和絕緣元件16，其導(dǎo)電元件11具有與液體L接觸的放電端表面111，其絕緣元件16覆蓋導(dǎo)電元件11的至少除放電端表面111之外的外圍。d和x優(yōu)選滿足-2d≤x≤2d，其中當(dāng)具有放電端表面11的導(dǎo)電元件11的導(dǎo)電端部分110具有大致的圓形橫截面時(shí)，d是橫截面短軸的長度，或者，當(dāng)導(dǎo)電端部分110具有大致的矩形橫截面時(shí)，d是橫截面短邊的長度，而當(dāng)參照平面161是與放電端表面111大致平行的絕緣元件16的端表面161時(shí)，x是從參照平面161到含有放電端表面111的平面的距離。由于該結(jié)構(gòu)，可提供能在多種液體，包括導(dǎo)電液體，例如水和醇中簡便地產(chǎn)生等離子的液體中等離子電極，還有具有這種電極的液體中等離子產(chǎn)生裝置和采用這種電極的液體中等離子產(chǎn)生方法。文檔編號B01J19/08GK101112132SQ20058004725公開日2008年1月23日申請日期2005年12月2日優(yōu)先權(quán)日2004年12月3日發(fā)明者下俊久,豐田洋通,前原常弘,村瀨仁俊,野村信福,高島宏明申請人:株式會(huì)社豐田自動(dòng)織機(jī);國立大學(xué)法人愛媛大學(xué)