用于生成大氣等離子體射流的方法以及大氣等離子體小型火炬設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本文描述了一種用于在大氣壓、低溫條件下生成等離子體的方法和設(shè)備。所述的用于生成等離子體的設(shè)備包括：第一電極對(duì)，第一電極對(duì)的每個(gè)被介電層分開并相對(duì)于其中氣體流動(dòng)的管狀管道定位在外部，以及第二電極對(duì)，同樣在該情況下，第二電極對(duì)的每個(gè)被介電層分開并相對(duì)于所述管狀管道定位在外部，其中，相同氣體相對(duì)流動(dòng)的方向相對(duì)于第一電極對(duì)向下游流動(dòng)。高頻激勵(lì)被施加到第一電極對(duì)而射頻激勵(lì)被施加到第二電極對(duì)。以這種方式所生成的等離子體源于傳輸管道的出口處的氣流。高頻激勵(lì)可在脈沖序列中施加并且射頻發(fā)生器基本上在所述脈沖序列中被激活，以用于限制所處理的基板上的熱負(fù)荷的目的?？赏ㄟ^與用于氣體的管狀管道同軸的中央傳輸管道將化學(xué)前體和試劑添加到等離子體作為蒸汽或懸浮氣體。
【專利說(shuō)明】
用于生成大氣等離子體射流的方法以及大氣等離子體小型火炬設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于生成等離子體的方法和設(shè)備。具體地，本發(fā)明涉及用于以低功率和低溫生成大氣等離子體的創(chuàng)新方法，能夠手動(dòng)使用的設(shè)備的設(shè)計(jì)以及它的通過將前體引入通道處理表面以及表面涂層的沉積的用途，該通道位于具有等離子體的管道的內(nèi)側(cè)并且相對(duì)于具有等離子體的管道同軸。
【背景技術(shù)】
[0002]在相對(duì)于大氣等離子體的技術(shù)的范圍內(nèi)，已經(jīng)開發(fā)了用于從高功率表面處理到低功率、低溫應(yīng)用的各種用途的眾多的解決方案。在第一種情況下，在大氣壓力下工作的源基于電弧放電，并產(chǎn)生具有遠(yuǎn)高于幾千開氏度的溫度的所謂的熱等離子體。然而，為了獲得冷大氣等離子體，必須避免向電弧放電的過渡，并且因此，在生成等離子體的過程中必須使用更簡(jiǎn)短的功率脈沖。近年來(lái)，開發(fā)了具有不同功率發(fā)生器的和幾何形狀的各種源，使得出現(xiàn)了各種原創(chuàng)設(shè)計(jì)，例如那些在文章匕了一^一抑’^乂丨一!.，？.Tristant，J.Desmai son和P.Leprince ； SpectrochimicaActa B部分61 (2006)2-30 ；X.Lu,M.Laroussi和V.Puech:Plasma Sources Sc1.Technol 21(2012)034005(17頁(yè))；G.Y.Park等人:Plasma SourcesSc1.Technol ,21(2012)043001中所描述的設(shè)計(jì)?？苫谒鼈兊募?lì)機(jī)制將大氣等離子體的源分成三個(gè)主要的組:具有低頻的DC(直流)等離子體、在射頻下被撞擊的等離子體以及由微波發(fā)生器撞擊的等1?子體。
[0003]小型化這些等離子體的系統(tǒng)的趨勢(shì)對(duì)于創(chuàng)建具有能夠降低儀器和運(yùn)行成本的低功率的便攜式系統(tǒng)的目的是很重要的。例如，在S.D.Anghel，A.Simon，A.1.Radu以及
1.J.Hidi ；Nucl.1nstr.Meth.Phys.Res.B 267(2009)430-433 頁(yè)的文章中可以找到這些系統(tǒng)的簡(jiǎn)單的概括介紹。在文獻(xiàn)中，可發(fā)現(xiàn)具有低功率和非常低的功率的多種類型的大氣等離子體可用于生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境和技術(shù)的應(yīng)用。這些應(yīng)用中最重要的有以下幾點(diǎn):等離子體針、等離子體鉛筆、微型脈沖輝光放電火炬、露天中空槽微型等離子體，以及大氣壓等離子體(微)射流。例如，在S.D.Anghel等人的文章中所描述的，不同類型的等離子體射流具有以下應(yīng)用:表面改性、薄膜沉積、聚合物纖維的滅菌或表面改性。
[0004]所有這些用于等離子體射流的不同的模型和技術(shù)具有如下目的:找到在不引起加熱的情況下增大接近于表面的氣體中的活性物質(zhì)的數(shù)量的最佳辦法。
[0005]Koinuma等人的美國(guó)專利號(hào)US 5，198，724描述了由高頻發(fā)生器供給的金屬電極功率和同心電極功率構(gòu)成的等離子體源。在該設(shè)備中，等離子體與金屬電極直接接觸，并且可包括由于表面的微量熔化而排放的金屬顆粒，因此污染了所處理的基板。如果使用射頻發(fā)生器，仍然會(huì)觀察到中央電極的過熱，并且需要高壓或者有限的大小以撞擊存在于含氧氣體內(nèi)的等離子體。
[0006]Fornsel等人的專利(等離子體處理)WO 2008/074604、美國(guó)專利號(hào)6,265,690以及美國(guó)專利號(hào)6，800，336描述了在弧型的高頻下工作的設(shè)備，具有旋轉(zhuǎn)的氣流的軸承電流流入噴嘴的通道。具有低蝕刻陰極的等離子體射流非常穩(wěn)定，但是氣體溫度通常在數(shù)百攝氏度的量級(jí)。
[0007]美國(guó)專利號(hào)US6，943，316描述了憑借通過處理氣體中的放電產(chǎn)生的等離子體生成化學(xué)活性射流(活性氣體射流)的系統(tǒng)。本發(fā)明著重于噴嘴的設(shè)計(jì)。作者詳盡描述了通過更改噴嘴的幾何形狀，具體地通過使用會(huì)聚/發(fā)散噴嘴來(lái)增大排出氣體的速度的可能性。盡管如此，在本發(fā)明中，可由在高頻或者射頻下工作的單個(gè)電極對(duì)獲得的傳統(tǒng)放電來(lái)生成等離子體。這種解決方案的缺點(diǎn)是使中央電極過熱并且由于形成電弧造成其蝕刻，結(jié)果是將待處理表面上的金屬材料沉積。
[0008]在 Koge I schatz 等人的 “Fi lamentary patterned and diffuse barrierdischarge”(Kogelschatz等人，IEEE等離子體科學(xué)學(xué)報(bào)，第30卷第1400頁(yè)(2002))和Roth等人的美國(guó)專利號(hào)5,414,324和6，676，802描述了生成并使用的絕緣阻擋放電(DBD)型的大氣等離子體。目前DBD的缺點(diǎn)之一是活性物質(zhì)的密度相對(duì)較低。因此，為了以工業(yè)上可接受的次數(shù)和模式進(jìn)行表面處理，需要在兩個(gè)正在放電的電極之間放置待處理的對(duì)象，因此限制了待處理對(duì)象的類型和幾何形狀。
[0009]Taguchi等人的美國(guó)專利號(hào)6，465，964描述了通過使用支撐電極接通設(shè)備(撞擊等離子體)而無(wú)需使用昂貴的阻抗適配系統(tǒng)的能夠生成大氣等離子體的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有良好的可靠性。該設(shè)備包括用于生成等離子體的具有開口的腔室，等離子體可從該開口流出，還包括處理氣體、單個(gè)電極對(duì)、交流發(fā)生器和用于生成等離子體的脈沖發(fā)生器。在該設(shè)備中必須交替使用者兩種不同的發(fā)生器，一個(gè)用于撞擊放電，第二個(gè)用于維持等離子體。
[0010]Penelon等人的美國(guó)專利號(hào)US2006/0156983描述了用于射頻生成等離子體的系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備，其中，電極面對(duì)并置于以介電材料制成的管道外部。在這種構(gòu)造中，當(dāng)電極被雙絕緣體屏障分隔時(shí)，不存在中央電極。在這個(gè)系統(tǒng)中，需要獲得高RF電壓用于允許撞擊，尤其是在存在氧氣的大氣中。出于這個(gè)原因，必須限制電極之間的間距。例如，為了增大等離子體區(qū)域的大小，在Hicks的US 8,267,884和Babayan的US 8,328,982中考慮并提出了其它的解決方法。源包括用于通過在接地電極之后的等離子體的出口處加入前體流進(jìn)行沉積的設(shè)備。
[0011]Rego等人的歐洲專利EP I，844，635描述了用于通過提供中央電極和DBD同軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)生成等離子體的系統(tǒng)。反向電極中的絕緣體的具體定位和設(shè)計(jì)使得該設(shè)備防止形成電弧并隨后防止污染待處理的材料。
[0012]最近表明在眾多大氣等離子體設(shè)備中使用雙頻率的等離子體是具有有益效果的。例如，在Z.Cao等人的“A cold atmospheric pressure plasma jet controlled withspatially separated dual-frequency excitat1ns，，(在Z.Cao J.Phys.D: App IPhys 42(2009)222003中所描述的)中，設(shè)備是由具有以5.5MHz極化的中央電極的石英管組合空間上與第一激勵(lì)分離的30Khz的第二激勵(lì)構(gòu)成的。反向電極由位于待處理的基板的一般位置的氣體的出口處的板所表示。在該設(shè)備中，與非脈沖AC激勵(lì)的組合旨在增大提取等離子體的效率，同時(shí)維持低的氣體溫度。然而，這種系統(tǒng)具有沿著反向電極板的中央電極，其表示從使用這種類型設(shè)備的大容量和通用性的角度的大的局限性。在Pe1-Si Le等的“Characteristics of ki1hertz-1ginited,rad1-frequency atmospheric-pressuredielectric barrier discharges in argon，，(Pe1-Si Le等在Appl Phys Lett 95(2009)201501中所描述的)也說(shuō)明了使用具有雙頻率的設(shè)備。在該設(shè)備中，在DBD結(jié)構(gòu)中使用了兩個(gè)電極對(duì);盡管如此，在生成等離子體的第一步驟中，在千赫頻率條件下的非脈沖激勵(lì)僅限于撞擊等離子體，并且隨后一旦等離子體被撞擊，非脈沖激勵(lì)停用并隨后通過RF發(fā)生器維持等離子體。此外，在Dan Bee Kim等人的 “study of a dual frequency atmosphericpressure corona plasma (Dan Bee Kim 等人在 physics of Plasmas 17(2010)053508 中所描述的)中也說(shuō)明了雙頻率。在該出版內(nèi)容中，該設(shè)備被認(rèn)為是由具有由銅制成的中央電極的派熱克斯玻璃管構(gòu)成。這兩個(gè)頻率分別為2MHz和13.56MHz，兩個(gè)頻率均為非脈沖并且被同時(shí)使用。表明了在電流密度和等離子體束的長(zhǎng)度方面的有益效果。
[0013]在所呈現(xiàn)的文獻(xiàn)中，可以觀察到在大氣等離子體的火炬設(shè)備中，大多結(jié)構(gòu)具有中央電極，其防止在流入相對(duì)于傳輸氣體流同軸的前體的條件下的沉積;在這些情況下，通常將前體添加在等離子體的出口處，并且中央電極的過熱和蝕刻可能會(huì)導(dǎo)致在火炬出口處排出電極材料。此外，沒有中央電極或在兩個(gè)電極上具有絕緣屏的結(jié)構(gòu)需要高的放電電壓，尤其是在含有氧氣的大氣中。因此，撞擊并支持RF放電能夠提供高的等離子體密度，同時(shí)維持低的氣體溫度是很困難的，需要限制電極間的間隔并因此非常限制有用的等離子體的區(qū)域?？赏ㄟ^添加高壓撞擊設(shè)備來(lái)解決這個(gè)問題，隨后立刻關(guān)閉該高壓撞擊設(shè)備留下射頻處的放電支持。最后，RF放電的另一個(gè)問題表現(xiàn)于在電極區(qū)域外提取等離子體的能力很差，在一些情況下其需要使用可將強(qiáng)的軸分量提供給電場(chǎng)的中央電極，或者使用另一個(gè)電極在火炬外進(jìn)行提取。
[0014]美國(guó)專利2011/298376描述了大氣等離子體設(shè)備，該設(shè)備包括由介電材料制成的管狀管道，具有入口部分以及出口部分，該入口部分提供有由純的惰性氣體(nob I e gas)(例如氬氣或氦氣)組成的處理氣體，并且等離子體束從出口部分排出以用于在很寬的表面上進(jìn)行處理。
[0015]此外，該設(shè)備包括與管狀管道聯(lián)接的并與在50Hz到300kHz頻率之間的發(fā)生器連接的電極對(duì)，其可被驅(qū)動(dòng)用于在管狀管道自身內(nèi)生成第一等離子體。
[0016]該設(shè)備還包括圍繞管狀管道的纏繞的線圈，其相對(duì)于所述處理氣體的流動(dòng)方向被放置在電極對(duì)的下游側(cè)并連接到易感發(fā)生的射頻發(fā)生器，憑借這種線圈，第二等離子體ICP(感應(yīng)耦合等離子體)處于高溫。
[0017]此外，為了獲得具有氣體混合物的所述等離子體ICP，該設(shè)備必須包括與在第一電極對(duì)和在線圈的下游側(cè)的管狀管道連接的輔助管道，并適用于將一種或多種活性氣體或傳輸氣體(如氫氣、氮?dú)?、氧氣、空氣?引入管狀管道作為用于該設(shè)備的特定的處理的官能。該設(shè)備不能夠引入第一電極對(duì)的上游側(cè)的活性氣體或傳輸氣體(如氫氣、氮?dú)?、氧氣、空氣?，因?yàn)闉榱俗矒舻谝浑姌O對(duì)還將需要撞擊設(shè)備。
[0018]具體地，在撞擊第二等尚子體ICP的初始步驟期間，與設(shè)備的電極對(duì)連接的發(fā)生器被驅(qū)動(dòng)，隨后其被關(guān)閉，由于一旦ICP等離子體被撞擊，它是自維持的，因此會(huì)中斷生成第一等咼子體。
[0019]在美國(guó)專利2011/298376中所描述的設(shè)備的第一個(gè)缺點(diǎn)是由于其絕對(duì)不能被用于在低溫下進(jìn)行處理的事實(shí)，因此在設(shè)備出口處的惰性氣體不低于幾百開氏度的溫度的情況下，射頻發(fā)生器通過線圈生成ICP等離子體。
[0020]在美國(guó)專利2011/298376中所描述的設(shè)備的另一個(gè)缺點(diǎn)是由于其需要一個(gè)或多個(gè)輔助管道用于使用設(shè)備對(duì)活性氣體或傳輸氣體進(jìn)行不同處理的事實(shí)，結(jié)果是增加了設(shè)備本身的制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]為了克服上述的現(xiàn)有技術(shù)所描述的限制，本發(fā)明的幾種配置旨在開發(fā)用于在大氣壓條件下生成等離子體的技術(shù)和設(shè)備，具有不同的氣體以及混合物，并且出口處的氣體溫度不高于100°c。
[0022]對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的是，等離子體被定義為是部分或者全部被電離的氣體，其包括自由電子、離子、自由基和原子、或者非電離的中性氣體(neutral gas)的粒子。在生成弱電離的等離子體的當(dāng)前設(shè)備和方法中，基本上可將宏觀溫度與中性氣體的溫度進(jìn)行比較。
[0023]在本發(fā)明中，描述了用于產(chǎn)生大氣等離子體射流的方法，其包括以下步驟:使沿流動(dòng)方向前進(jìn)的處理氣體在大氣壓下通過由介電材料制成的管狀管道(圖2的201，圖4的401，圖6的601)流動(dòng)，該管狀管道具有入口部分和出口部分;將第一同軸電極對(duì)(圖2的203-204，圖3的307-308，圖4的404-405，圖6的603-604)以及第二同軸電極對(duì)(圖2的205-206，圖3的309-310，圖4的406-407，圖6的605-606)定位成與所述管狀管道(圖2的201，圖4的401，圖6的601)的外表面接觸;所述第一電極對(duì)(圖2的203-204，圖3的307-308，圖4的404-405，圖6的603-604)相對(duì)于氣體在所述管狀管道內(nèi)的的流動(dòng)方向(圖2的202，圖4的402，圖6的602)被定位在所述第二電極對(duì)(圖2的205-206，圖3的309-310，圖4的406-407，圖6的605-606)的上游的位置、并且被連接到高頻發(fā)生器(圖2的208，圖3的301);所述第二電極對(duì)(圖2的205-206，圖3的309-310，圖4的406-407，圖6的605-606)被連接到射頻發(fā)生器(圖2的209，圖3的303);所述高頻發(fā)生器(圖2的208，圖3的301)在所述管狀管道(圖2的203-204，圖3的307-308，圖4的404-405，圖6的603-604)內(nèi)生成絲狀等離子體，所述絲狀等離子體至少延伸到所述第二電極對(duì)(圖2的205-206，圖3的309-310，圖4的406-407，圖6的605-606);所述射頻發(fā)生器(圖2的209，圖3的303)產(chǎn)生第二RF等離子體;所述RF等離子體和所述絲狀等離子體通過出口部分(圖2的207，圖4的410)流出到管狀管道的外部，在出口處的這種等離子體包括在出口處具有不高于約100 0C溫度的至少一種中性氣體。
[0024]此外，在本發(fā)明中，所描述的用于產(chǎn)生大氣等離子體射流的設(shè)備包括以下部分:在大氣壓下的所述管狀管道(圖2的201，圖4的401，圖6的601)，其由介電材料制成，具有入口部分和出口部分;與所述管狀管道(圖2的201，圖4的401，圖6的601)的外表面接觸的所述第一同軸電極對(duì)(圖2的203-204，圖3的307-308，圖4的404-405，圖6的603-604)以及所述第二同軸電極對(duì)(圖2的205-206，圖3的309-310，圖4的406-407，圖6的605-606);所述第一電極對(duì)(圖2的203-204，圖3的307-308，圖4的404-405，圖6的603-604)相對(duì)于氣體在所述管狀管道內(nèi)的流動(dòng)方向(圖2的202，圖4的402，圖6的602)被放置在所述第二電極對(duì)(圖2的205-206，圖3的309-310，圖4的406-407，圖6的605-606)的上游的位置、并且被連接到高頻發(fā)生器(圖2的208，圖3的301);所述第二電極對(duì)(圖2的205-206，圖3的309-310，圖4的406-407，圖6的605-606)被連接到被配置為用于在所述管狀管道內(nèi)(圖2的203-204，圖3的307-308，圖4的404-405，圖6的603-604)生成絲狀等離子體的所述射頻發(fā)生器，所述絲狀等離子體至少延伸到所述第二電極對(duì)(205-206，309-310，406-407，505-506)，并通過所述出口部分從所述管狀管道(圖2的201，圖4的401，圖6的601)排出；所述射頻發(fā)生器(圖2的209，圖3的303)被配置為用于生成通過所述出口部分從所述管狀管道(圖2的201，圖4的401，圖6的601)排出RF等離子體;從所述管狀管道(圖2的201，圖4的401，圖6的601)的出口部分排出的等離子體包括在出口處具有不高于約100°C的溫度的至少一種中性氣體。
[0025]在本發(fā)明中，高頻發(fā)生器包括產(chǎn)生絲狀等離子體的功能，其提供助于撞擊和支持RF等離子的帶電物質(zhì)，相對(duì)于那些不需要高壓發(fā)生器的情況下，減小的電源電壓允許在存在惰性氣體并且還有其與分子氣體的混合物的情況下撞擊和維持RF等離子體。
[0026]如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的，當(dāng)在氣體中施加了大于撞擊電壓的電場(chǎng)并因此加速電子，并引起沿著電場(chǎng)自身方向的雪崩電離時(shí)，會(huì)獲得絲狀等離子體。電子在它們后面留下正電荷列用于增強(qiáng)待形成的電場(chǎng)，相較于所施加的場(chǎng)本身，雪崩是自傳播的，形成絲狀然后消失。所形成的絲狀是瞬時(shí)的。
[0027]在本發(fā)明中，高頻發(fā)生器包括生成電場(chǎng)的功能，從而在離設(shè)備的出口部分3mm的距離處將RF等離子體的光強(qiáng)度增加至少20%。
[0028]在本發(fā)明中，射頻發(fā)生器包括生成RF等離子的功能以及通過控制由射頻發(fā)生器施加的功率控制在設(shè)備的出口部分處的等離子體密度的功能。
[0029]有利的是，根據(jù)該方法，本發(fā)明的目的是在由射頻發(fā)生器(209，303)生成第二RF等離子體的過程中，高頻發(fā)生器(208，301)基本上一直工作用于產(chǎn)生上述絲狀等離子體。
[0030]更詳細(xì)地說(shuō)，優(yōu)選地，在射頻發(fā)生器(209，303)工作期間高頻發(fā)生器(208，301)—直維持為可操作狀態(tài)，即使存在包含一種或多種惰性氣體和一種或多種活性或傳輸氣體的混合物的處理氣體的情況下，提供確保維持和提取RF等離子體的帶電物質(zhì)。
[0031]在本發(fā)明中，等離子體生成方法可以通過使用脈沖序列的高頻發(fā)生器以及基本上在所述脈沖序列中激活的射頻發(fā)生器而脈沖化(pulse)，以便能夠控制在處理基板上的熱負(fù)荷。
[0032]在本發(fā)明中，大氣等離子體設(shè)備包括控制器件，其連接到高頻發(fā)生器(208，301)和射頻發(fā)生器(209，303)并被配置為用于控制高頻發(fā)生器(208，301)處于第一非工作狀態(tài)與第一工作狀態(tài)之間，在第一非工作狀態(tài)中，高頻發(fā)生器(208，301)基本上被斷開而不產(chǎn)生絲狀等離子體，在第一工作狀態(tài)中，高頻發(fā)生器(208，301)生成絲狀等離子體。此外，控制器件被配置為用于控制所述射頻發(fā)生器(209，303)處于第二非工作狀態(tài)和第二工作狀態(tài)之間，在第二非工作狀態(tài)中，射頻發(fā)生器(209，303)被斷開而不生成RF等離子體，在第二工作狀態(tài)之間，射頻發(fā)生器(209，303)利用處于前述第一工作狀態(tài)的高頻發(fā)生器(208，301)生成RF等咼子體。
[0033]更詳細(xì)地說(shuō)，優(yōu)選地，當(dāng)射頻發(fā)生器(209，303)被控制處于其第二工作狀態(tài)下時(shí)，高頻發(fā)生器(208，301)被控制處于其第一工作狀態(tài)下，提供用于維持和提取RF等離子體的帶電物質(zhì)。
[0034]優(yōu)選的是，上述控制器件包括連接到所述高頻發(fā)生器(圖2的208，圖3的301)和所述射頻發(fā)生器(圖2的209，圖3的303)的電子控制單元，電子控制單元被編程為在由高頻發(fā)生器(控制處于其第一工作狀態(tài))產(chǎn)生的脈沖序列期間用于控制激活所述射頻發(fā)生器(控制處于其第二工作狀態(tài))。
[0035]在本發(fā)明中，該裝置可以被稱作等離子體小型火炬，并且包括用于在大氣壓力下以低功率和低溫度(LPLT-APPJ)生成等離子體射流的便攜式手動(dòng)設(shè)備(通常被稱為火炬或筆)。
[0036]在本發(fā)明中，小型等離子火炬包括所述介電管狀管道(圖2的201，圖4的401，圖6的601)，氣流在所述絕緣管狀管道中流動(dòng)并且在其中生成等離子體。該裝置還配備有兩個(gè)所述同軸電極對(duì);與所述管狀管道(圖2的201，圖4的401，圖6的601)的外表面接觸的所述第一同軸電極對(duì)(圖2的203-204，圖3的307-308，圖4的404-405，圖6的603-604)和所述第二同軸電極對(duì)(圖2的205-206的，圖3的309-310，圖4的406-407，圖6的605-606)，在絕緣阻擋放電(DBD)模式下生成等離子體并且還維持包括在電極之間的氣體流量，并且與等離子體接觸的金屬電極和位于沿著絕緣管狀管道的軸線上或者對(duì)稱平面的電極不生成等離子體。
[0037]在本發(fā)明中，傳輸氣體可以是單原子惰性氣體(He、Ar、Ne、Kr)或它們的混合物或分子氣體(氮?dú)狻⒀鯕?、二氧化碳、烴類等)，或這些氣體的混合物，或一種或多種單原子氣體與一種或多種分子氣體的混合物。
[0038]有利的是，根據(jù)該方法、本發(fā)明的目的，通過其入口部分引入所述管狀管道(201，401，501)的處理氣體包括含有具體選自也)^如、&的至少一種惰性氣體的混合物、以及具體選自氮?dú)?、氧氣、二氧化碳、烴、六氟化硫、氟代烴、氨氣等的至少一種活性氣體的混合物。
[0039]有利的是，本發(fā)明的目的的小型火炬裝置包括與所述管狀管道(201，401，501)的入口部分連接并被布置成用于將前述的氣體混合物形式的所述處理氣體引入所述管狀管道(201，401，501)的至少一個(gè)供應(yīng)源。
[0040]具體地，將以混合物形式的處理氣體(其可相對(duì)于組合物和流體進(jìn)行調(diào)制)直接供應(yīng)到所述管狀管道(201，401，501)的入口部分，利用在射頻發(fā)生器(209，303)的工作期間一直維持激活的高頻發(fā)生器(208，301)，在不使用用于活性氣體和傳輸氣體的獨(dú)立的供應(yīng)管道的情況下，允許生成適于特定的致動(dòng)處理的RF等離子體，因?yàn)槿缟纤?，一直維持在工作狀態(tài)的高頻發(fā)生器(208，301)提供了即使在存在混合物的情況下(并且因此處理氣體部完全由惰性氣體組成)，確保維持和提取RF等離子體的帶電物質(zhì)。
[0041 ] 兩個(gè)所述對(duì)同軸電極(圖2的203-204，圖3的307-308，圖4的404-405，圖6的603-604)和(圖2的205-206，圖3的309-310，圖4的406-407，圖6的605-606)由諸如金屬材料或?qū)щ娦蕴沾傻膶?dǎo)電材料制成。在本發(fā)明中，特定的阻抗適配電路執(zhí)行調(diào)試發(fā)生器的阻抗與負(fù)荷的功能以確保將射頻功率有效地從發(fā)生器傳輸?shù)剿鲂⌒突鹁?所述電路可相對(duì)于設(shè)備放置在外部，或者直接集成到射頻發(fā)生器內(nèi)部，或者集成到小型火炬的主體內(nèi)部，并且被準(zhǔn)確地設(shè)定為氣體入口條件官能以及請(qǐng)求應(yīng)用光譜。
[0042]本發(fā)明的一個(gè)示例包括一種設(shè)備，其中兩個(gè)所述電極對(duì)被布置在所述管狀管道外部，其中，兩個(gè)所述電極對(duì)分別在高頻(1-1OOKHz)下和射頻(1-30MHZ)狀態(tài)下工作;其中，由特定的專用電路的方法獲得電源的所述阻抗適配電路;其中，提供給各個(gè)電極的兩個(gè)不同的電源彼此絕緣，并且僅由在管狀管道內(nèi)生成的等離子體電耦合，并且射頻發(fā)生器僅在與高頻發(fā)生器同步激活。
[0043]本發(fā)明的一個(gè)示例包括使用高頻發(fā)生器(圖2的208，圖3的301)生成具有最大20ms的脈沖持續(xù)時(shí)間和包括在I %到98%的范圍內(nèi)的占空比的脈沖序列的可能性;并且其中，尚頻處的前端信號(hào)與在射頻處的信號(hào)進(jìn)行結(jié)合或者反之亦然，以便兩個(gè)發(fā)生器均以同步方式操作，因此射頻發(fā)生器僅在所述脈沖序列期間激活。
[0044]如圖2所示，在本發(fā)明的一個(gè)示例中，兩個(gè)所述電極對(duì)(圖2的203-204-205-206)被布置在所述管狀管道(圖2的201)外部并相對(duì)于所述管狀管道同軸，所述第二電極對(duì)(圖2的205-206)相對(duì)于氣體至所述管狀管道的流動(dòng)(圖2的202)位于所述第一電極對(duì)(圖2的203-204)的下游;每對(duì)包括2個(gè)彼此相對(duì)的環(huán)狀電極;在該示例中，在所述第一電極對(duì)中，電極I(圖2的203)利用2ms和80 %的有用的工作周期的脈沖在高頻(28KHz)(圖2的208)下被極化，電極2 (圖2的204)接地，并且在所述第二電極對(duì)中，電極3 (圖2的205)在射頻(13，56MHz)(圖2的209)下以與在高頻處產(chǎn)生的脈沖序列同時(shí)或者同步的方式被極化并與阻抗適配電路(圖2的210)連接，電極4(圖2的206)接地;其中，可通過沿著所述絕緣管狀管道進(jìn)行移動(dòng)電極來(lái)調(diào)節(jié)兩個(gè)電極對(duì)之間的距離，并且其中，第一電極對(duì)和第二電極對(duì)的電源供應(yīng)電路被電絕緣，并且兩個(gè)電極對(duì)通過在所述管狀管道內(nèi)生成的等離子體與彼此電連接。
[0045]所述絕緣管狀管道(圖2的201)的材料可以是石英、玻璃，諸如氧化鋁、氧化鋯、具有高絕緣常數(shù)剛性的聚合物的陶瓷;管狀管道(圖2的201)的內(nèi)徑可包括在I到15_之間，而管狀管道(圖2的201)的厚度可以盡可能地薄，在0.1至1.0mm之間變化。
[0046]將高頻電源供應(yīng)與射頻電源供應(yīng)耦接并且特別設(shè)計(jì)以脈沖序列工作的可能性，從而在寬范圍的工作條件下獲得冷和自持等離子以及混合物，并且存在于前體中用于沉積涂層并功能化;氦氣、氫氣、氖氣、氮?dú)?、氬氣、氧氣或者它們的混合物可以任何比例被用作傳輸氣體，允許在等離子體中獲得寬陣列化學(xué)活性物質(zhì);可使用百分比包括在0.01%至100%之間的氧氣，如圖可以使用包括在O %和20 %之間的百分比的氫氣。
[0047]由于通過所述高頻發(fā)生器和射頻發(fā)生器的組合使用以及通過高頻脈沖序列(圖2的208，圖3的301)與射頻發(fā)生器(圖2的209，圖3的303)的同步的功率供應(yīng)，因此由在本發(fā)明中所描述的設(shè)備生成的等離子體射流能夠在功率高于30W、出口部分為0.5cm2、以及溫度低于40°C的情況下撞擊并維持等離子體。
[0048]本發(fā)明的另一示例允許流動(dòng)的有機(jī)物或者有機(jī)金屬化學(xué)前體，諸如硅氧烷、硅氮烷、過渡金屬醇鹽(諸如異丙醇鈦、鈦叔丁醇鉀、異丙醇鋯和叔丁醇鉀、叔丁醇鋁)、過渡金屬乙酰丙酮化物(諸如乙酰丙酮鈦、二醇類像乙二醇)、有機(jī)酸(諸如丙烯酸、甲基丙烯酸、乙酸)、有機(jī)酯、烴或聚烯烴、醇、分散在水中或溶劑中的納米顆粒，其中，所述納米顆?？梢允侵T如硅氧化物、鈦氧化物、鋯氧化物、氧化鋁、氧化鈰、氧化鉻的金屬氧化物，或者諸如鈦、鋯、銀、銅、金、鉑、鈀、稀土類金屬或其他過渡金屬的純金屬。上述的化學(xué)前體在傳輸管道(圖4的409)內(nèi)流動(dòng)，該傳輸管道位于由介電材料制成的分離管道(圖4的408)內(nèi)部或者相對(duì)于該分離管道同軸，進(jìn)而置于所述管狀管道(圖4的401)內(nèi)部并相對(duì)于所述管狀管道同軸，所述傳輸管道和分離管道道兩者均具有放置在相對(duì)于所述管狀管道的出口部分重合或者后退位置的所述管狀管道內(nèi)部的自由排放端。其中，由于與流入包括在傳輸管道的外表面與分離管道(圖4的408)的內(nèi)表面之間的環(huán)形空腔的霧化氣體接觸，因此如果液體前體或以懸浮液形式的前體流入傳輸管(圖4的409)，證明在傳輸管的出口處形成懸浮氣體(aerosol，浮質(zhì))；其中，傳輸管道(圖4的409)、分離管道(圖4的408)和管狀管道(圖4的401)是與彼此完全獨(dú)立的，并且其中，在傳輸管道(圖4的409)與分離管道(圖4的408)之間的相對(duì)位置連同分離管道(圖4的408)與管狀管道(圖4的401)之間的相對(duì)位置可沿著管狀管道(圖4的401)的主軸線任意移動(dòng);其中，分離管道(圖4的408)可具有包括在0.3mm到2.0mm之間的內(nèi)徑，并且由介電材料制成，并且其中，所述傳輸管道(圖4的409)可以具有包括在0.1mm和1.0mm之間的內(nèi)徑，并且可以由電介電材料或者導(dǎo)電材料制成；
[0049]上述涉及本發(fā)明的設(shè)備的可能的示例的示例允許通過對(duì)流入設(shè)備的化學(xué)前體的等離子體的激活處理獲得長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的表面工程處理以及表面活化處理，并且隨后沉積的涂層可以是有機(jī)性質(zhì)或無(wú)機(jī)性質(zhì)的，或者是納米復(fù)合材料或有機(jī)-無(wú)機(jī)混合材料，諸如硅、二氧化硅或硅氧烷-基涂層，丙烯酸-基涂層或者其它有機(jī)涂層或包含浸入有機(jī)或無(wú)機(jī)或有機(jī)-無(wú)機(jī)混合矩陣的納米顆粒的納米-復(fù)合涂層，并且其中，納米顆粒的含量在體積的
0.01%至80%之間變化，并且其中，沉積的涂層的厚度可在I Onm和1.0OOnm之間變化；其中，所提供的前體流小于傳輸氣流，用于促進(jìn)前體從傳輸管道(圖4的409)或者分離管道(圖4的408)的末端最遠(yuǎn)到待處理的基層的表面的運(yùn)動(dòng);其中，所提供的從傳輸管道(圖4的409)以及分離管道(圖4的408)排出的前體對(duì)傳輸管道(圖4的409)或分離管道(圖4的408)的出口部分處的RF等離子體做出反應(yīng)。
[0050]本發(fā)明的另一示例允許流動(dòng)的有機(jī)物或者有機(jī)金屬化學(xué)前體，諸如娃氧燒、娃氮烷、過渡金屬醇鹽(諸如異丙醇鈦、鈦叔丁醇鉀、異丙醇鋯和叔丁醇鉀、叔丁醇鋁)、過渡金屬乙酰丙酮化物(諸如乙酰丙酮鈦、二醇類像乙二醇)、有機(jī)酸(諸如丙烯酸、甲基丙烯酸、乙酸)、有機(jī)酯、烴或聚烯烴、醇、分散在水中或溶劑中的納米顆粒，其中，所述納米顆粒可以是諸如硅氧化物、鈦氧化物、鋯氧化物、氧化鋁、氧化鈰、氧化鉻的金屬氧化物，或者諸如鈦、鋯、銀、銅、金、鉑、鈀、稀土類金屬或其他過渡金屬的純金屬;上述化學(xué)前體流入由介電材料制成的分離管道(圖4的408)，進(jìn)而置于所述管狀管道(圖4的401)內(nèi)部或者相對(duì)于所述管狀管道同軸，具有放置在相對(duì)于所述管狀管道的出口部分重合或者后退位置的所述管狀管道內(nèi)部的自由排放端;其中，分離管道(圖4的408)和管狀管道(圖4的401)是與彼此完全獨(dú)立的，并且其中，在分離管道(圖4的408)與管狀管道(圖4的401)之間的相對(duì)位置可沿著管狀管道(圖4的401)的主軸線任意移動(dòng)；其中，分離管道(圖4的408)可具有包括在0.3mm到2.0mm之間的內(nèi)徑；
[0051]使用所述傳輸管道(圖4的409)用于液體的前體或前體懸浮液，并且使用所述分離管道(圖4的408)用于氣體、蒸汽或懸浮氣體-同軸、內(nèi)部、獨(dú)立的作為流動(dòng)物質(zhì)并作為控制流體本身-允許將前體與氣流分離，其中，產(chǎn)生絲狀等離子體以及RF等離子體，其流入管狀管道(圖4的401)以及分離管道(圖4的408)之間的環(huán)形空腔。
[0052]另一個(gè)設(shè)備提供了用于使用具有平行六面體形式的管狀管道(圖5);其中，在該示例中的電極(圖5的503-504-505-506)具有桿狀形式;其中，其中所述管道的內(nèi)部大小可在Imm到I OOmm之間的高度變化(圖5的510)，寬度從Imm到I Omm (圖5的509)變化，并且長(zhǎng)度從1mm到1000mm(圖5的508)變化，電極沿著長(zhǎng)度分布；其中，具有平行六面體的形式(圖5的501)并且能夠絕緣的所述管狀管道的壁的厚度可在0.1mm到2mm之間變化。
[°°53] 本發(fā)明中描述的設(shè)備可用于去除有機(jī)涂層，諸如Paraloid B67、Primal、AcryiI33，或者具有丙烯酸粘結(jié)劑、醇酸粘合劑、硝化纖維素粘合劑的涂料，或者具有其它粘合劑的涂料，用于隨后清洗表面。
[0054]本發(fā)明中描述的裝置可被用于在APVD(大氣壓等離子體汽相沉積)模式下和APLD(大氣壓等離子體液體沉積)模式下，沉積具有交聯(lián)硅氧烷堿基的薄膜，或者沉積具有鈦氧化物堿基、氧化鋯堿基、氧化鈰堿基或者基于其它氧化物的無(wú)機(jī)涂層，或者基于丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯以及其它聚合物的有機(jī)涂層，或者用于沉積由浸漬在有機(jī)基質(zhì)、無(wú)機(jī)基質(zhì)或者混合物的陶瓷或金屬納米顆粒構(gòu)成的納米結(jié)構(gòu)的涂層。
[0055]本發(fā)明中所描述的設(shè)備可被用于通過在全部生命協(xié)議(fulllife protocol)(其具體是文化遺產(chǎn)領(lǐng)域的名勝古跡)中定義的處理獲得諸如EtA/MMA共聚物的可移除的表面涂層。
[0056]本發(fā)明中描述的設(shè)備可用于獲得清潔金屬(諸如銀、銅、它們的合金，諸如青銅、黃銅或其它金屬和合金)表面的處理，減小大氣或者輔助劑作為蝕刻劑，諸如有機(jī)的和無(wú)機(jī)的酸或溶劑。
[0057]本發(fā)明中描述的設(shè)備可用于獲得表面活化、粘合增進(jìn)和滅菌的處理。
[0058]在促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和表面的生物相容性方面，本發(fā)明中描述的設(shè)備可以用于在待處理的樣品表面上將具體的化學(xué)官能團(tuán)(如胺、羧酸及其他)與特定官能團(tuán)連接。
【附圖說(shuō)明】
[0059]圖1是示出用于產(chǎn)生大氣等離子體的機(jī)制以及根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的操作原理的框圖；
[0060]圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于以低溫和低功率生成大氣等離子體射流的設(shè)備的示意圖；
[0061]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的生成大氣等離子體的模式的電路圖，該電路圖包括設(shè)備的連接和一般的電氣布局；
[0062]圖4是用于以低功率和低溫生成所述大氣等離子體射流的設(shè)備的示意圖，其中，還說(shuō)明了用于允許沉積的所述管狀傳輸管道和分離管道；
[0063]圖5是根據(jù)本發(fā)明的用于生成所述大氣等離子體射流的設(shè)備的示意圖，該設(shè)備實(shí)現(xiàn)使用具有平行六面體形式的所述管狀管道。
【具體實(shí)施方式】
[0064]圖1示出了其中說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的用于撞擊和維持等離子體射流所需的不同步驟的框圖。第一步驟涉及使氣體流經(jīng)由介電材料制成的所述管狀管道。
[0065]上述氣體可以是單原子惰性氣體(He、Ar、Ne、Kr)或它們的混合物，或分子氣體(氮?dú)?、氧氣、二氧化碳、烴、水蒸汽等)或這些的混合物，或者一種或多種分子氣體與一種或多種單原子氣體的混合物。有益的是，通過管狀管道的入口部分被引入管狀管道(201，401，501)的處理氣體包括含有以下物質(zhì)的混合物:
[0066]至少一種惰性氣體(具體選自He、Ar、Ne、Kr)以及至少一種活性氣體(具體選自氮?dú)狻⒀鯕?、二氧化碳、烴、六氟化硫、氟代烴、氨等)。
[0067]第二步驟關(guān)于在管狀管道外部布置與高頻發(fā)生器連接的第一同軸電極對(duì)。第三步驟關(guān)于在管狀管道外部并且相對(duì)于氣體在管狀管道中的流動(dòng)在第一電極對(duì)的下游位置布置與具有所述阻抗適配電路的射頻發(fā)生器連接的所述第二同軸電極對(duì)。所述射頻的阻抗適配電路可以在發(fā)生器外部或集成在發(fā)生器自身內(nèi)部或集成在設(shè)備的主體的內(nèi)部。第四步驟關(guān)于設(shè)置由高頻發(fā)生器施加的能夠撞擊絲狀等離子體的電壓值;為了正確操作該設(shè)備，不需要增大電壓以超出撞擊電壓。高頻發(fā)生器也可以與脈沖序列一起工作，并且在這種情況下，還必須設(shè)定脈沖序列的參數(shù)。第五步驟關(guān)于設(shè)定由射頻發(fā)生器施加的功率值;必須基于在管狀管道的出口部分的出口處期望的等離子體的密度選擇這種設(shè)定值。
[0068]第六步驟關(guān)于接通發(fā)生器并形成絲狀等離子體和RF等離子體，并形成活性物質(zhì)。
[0069]從管狀管道(201，401，501)的出口部分排出的絲狀等離子體和RF等離子體包括在出口處具有不高于約100 0C的溫度的至少一種中性氣體。
[0070]有利的是，在由射頻發(fā)生器(209，303)生成第二RF等離子體期間，高頻發(fā)生器(208，301)基本上可一直操作用于生成上述第一絲狀等離子體。
[0071 ]更詳細(xì)地說(shuō)，優(yōu)選地，在射頻發(fā)生器(209,303)工作期間，高頻發(fā)生器(208，301) —直維持可操作性，從而即使存在含有一種或多種惰性氣體與一種或多種活性氣體或傳輸氣體的混合物的處理氣體的情況下，提供確保仍然維持并提取RF等離子體的帶電物質(zhì)。
[0072]在使用脈沖序列與高頻發(fā)生器的情況下，射頻發(fā)生器將只在所述脈沖序列中被激活。
[0073]最后，第七步驟關(guān)于從管道排出氣體并且使等離子體射流或等離子體束(根據(jù)所采用的設(shè)備類型，其被用于表面活化目的或者用于表面涂層的沉積)流出。
[0074]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)備;根據(jù)之前的描述，管狀管道201由介電材料制成并表示大氣壓等離子體小型火炬設(shè)備的主體;所述介電材料可以是陶瓷材料、玻璃和特殊玻璃、石英或聚合物、或具有高介電剛性的復(fù)合材料;傳輸氣體流經(jīng)管道202。
[0075]有利的是，如上所述，該設(shè)備包括連接到所述管狀管道(201，401，501)的入口部分并布置成用于將具有上述氣體混合物的形式的處理氣體引入管狀管道(201，401，501)的供應(yīng)源。更詳細(xì)地，優(yōu)選地，供應(yīng)源包括一個(gè)氣缸或多個(gè)氣缸(含有純氣體或氣體混合物)，其開口由閥調(diào)節(jié)。氣缸通過連接器管道與管狀管道(201,401,501)的入口部分連接，該連接器管道被流量計(jì)或控制氣體混合物形式的處理氣體流入管狀管道(201，401，501)的其它設(shè)備攔截(intercept)，以調(diào)節(jié)進(jìn)入流。
[0076]有利的是，如上所述，大氣等離子體設(shè)備包括連接到高頻發(fā)生器(208，301)和射頻發(fā)生器(209，303)的控制器件，控制器件被布置為用于以如下方式控制高頻發(fā)生器(208，301)處于第一非工作狀態(tài)與第一工作狀態(tài)之間以及控制射頻發(fā)生器(209，303)處于第二非工作狀態(tài)與第二工作狀態(tài)之間:當(dāng)控制射頻發(fā)生器(209，303)處于它的第二工作狀態(tài)時(shí)，控制高頻發(fā)生器(208，301)處于它的第一工作狀態(tài)，從而提供維持和提取RF等離子體的帶電物質(zhì)。
[0077]例如，上述控制器件包括插入在高頻發(fā)生器(208，301)和電力電源之間的第一開關(guān)、以及插入在射頻發(fā)生器(209，303)與上述電力電源之間的第二開關(guān)，這種開關(guān)可致動(dòng)用于將相應(yīng)的發(fā)生器連接到電力電源以使其接通(并因此確定產(chǎn)生相應(yīng)的等離子體)。
[0078]根據(jù)特定的實(shí)施方式，可以憑借設(shè)備相應(yīng)的按鈕手動(dòng)致動(dòng)上述開關(guān)。
[0079]否則，由上述控制器件的電子控制單元以自動(dòng)方式控制上述開關(guān)，其優(yōu)選包括配備有可編程CHJ的電子電路板。
[0080]兩個(gè)所述同軸電極對(duì)(分別為203和204，205和206)相對(duì)于所述管狀管道被定位在外部；電極是由導(dǎo)電材料制成的并且通常為金屬;在本發(fā)明優(yōu)選的設(shè)備中，憑借高頻脈沖發(fā)生器(l-100KHz)208來(lái)極化(polarize)電極203;該脈沖可以是矩形波形或者三角波形或者其它波形;憑借射頻發(fā)生器209極化電極205，其在1-30MHZ的頻率范圍內(nèi)工作;所述射頻發(fā)生器配備有用于阻抗適配的合適的電路210，其可以被集成在發(fā)生器自身的內(nèi)部或者置于設(shè)備的主體上；電極204和206接地;設(shè)備的主體也接地;在火炬主體內(nèi)部流動(dòng)的穿過電極間所包含的空間的區(qū)域的氣體被電離，并且隨后在DBD (介電阻擋放電)模式下的等離子體被撞擊，因此無(wú)需提供在所述管狀管道的體積(并且特別是包含在電極之間的體積)內(nèi)存在的任何電極;所述電離氣體沿管狀管道212流動(dòng)，并最終作為等離子體射流或者等離子體束207流出管道；電極的位置可以根據(jù)在213所示的模式沿管狀管道的主軸線進(jìn)行變化，以用于精密控制機(jī)制和等離子體的生成模式的目的，并且因此調(diào)節(jié)等離子體束207的大小和溫度;兩個(gè)電極對(duì)在整個(gè)處理中以組合的方式工作，并能夠獲得低溫的等離子體，維持電離的高效率;在某種程度上使用雙頻率是有益的，其中，它能夠結(jié)合高頻(HF)放電和射頻放電(RF)的優(yōu)點(diǎn)；出于這個(gè)意義，RF火炬確保更高的等離子密度，但是具有大小比在HF中可獲得的等離子體射流更小的等離子體射流，因此從應(yīng)用的角度來(lái)看不是高效和多用途的；另一方面，在HF中比在RF中更容易獲得所需的用于撞擊的高電壓；因此，相較于那些在HF中獲得的情況，兩種發(fā)生器的結(jié)合允許具有穩(wěn)定的點(diǎn)火、等離子體射流的大小，但是特點(diǎn)是更大的等離子密度和較低的溫度，如通常在RF等離子體內(nèi)所觀察的；使用高頻發(fā)生器還允許等離子體束207的范圍增大超出管狀管道。
[0081]圖3說(shuō)明了由2個(gè)同軸電極對(duì)構(gòu)成的所述系統(tǒng)的電路圖。在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)備中，所述第一電極對(duì)307和308被連接到用于脈沖模式的所述高頻發(fā)生器301。在優(yōu)選的設(shè)備中的發(fā)生器以28KHz的頻率工作并具有15Kvolts的峰值電壓;盡管如此，在未來(lái)的設(shè)備中，所采用的頻率可以包含在1-1OOKHz的范圍內(nèi)，具有高達(dá)40Kvo 11 s的峰值電壓。優(yōu)選的設(shè)備中的脈沖具有500Hz的頻率以及80%的有用的工作周期；盡管如此，在未來(lái)的設(shè)備中，頻率可以在50Hz到800Hz間進(jìn)行變化，并且有用的工作周期在1 %到98 %的范圍之間變化。所述第二電極對(duì)309和310被連接到所述發(fā)生器RF 302，并且由于所述適配電路，電路303的阻抗被適配。在優(yōu)選的設(shè)備中的頻率為13.56MHz，但在未來(lái)的設(shè)備中它可以被包含在I到30MHz的范圍之間。由于高頻發(fā)生器的脈沖與射頻的信號(hào)耦合，因此兩種發(fā)生器被耦合，或反之亦然，以確保兩個(gè)信號(hào)之間的正耦合。此外，一旦等離子體306被撞擊，則適當(dāng)設(shè)置兩個(gè)電極對(duì)之間的間隔距離，以確保在同一等離子體區(qū)域內(nèi)的兩次放電共存，使得獲得在雙頻率下組合的等離子體。兩個(gè)發(fā)生器(分別為HF和RF發(fā)生器)均接地304和305，正如以不同并獨(dú)立的方式接地的每對(duì)反向電極307和309。
[0082]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的配備有專門設(shè)想用于沉積涂層的結(jié)構(gòu)以及下文稱為同軸霧化器的設(shè)備的示例。如本發(fā)明中描述的，前體的分布和隨后的流動(dòng)相對(duì)于處理氣體的流動(dòng)同軸。在由介電材料制成的管狀管道401內(nèi)，傳輸管道409被插入由電介電材料制成的分離管道408，該分離管道被插入在管狀管道和傳輸管道之間。處理氣體從底部402開始流入前述的設(shè)備，在那之前在通過包括在分離管道408和由介電材料制成的管狀管道401之間的環(huán)形管道。分離管道的作用也是防止傳輸管道409暴露到等離子體。此外，液體前體或者以懸浮液形式的前體可流入傳輸管道409，而以蒸汽或者氣物形式的第二氣體或前體可流入包括在分離管道408的內(nèi)表面與傳輸管道409的外表面之間的環(huán)形空腔中；在液體前體或懸浮液流入傳輸管道并且氣體流入傳輸管道和分離管道之間的環(huán)形空腔的情況下，在管道的出口處，兩種流以分散體形式或者懸浮粒的形式進(jìn)行接觸。另外的設(shè)備可在分離管道內(nèi)實(shí)施超過I個(gè)的傳輸管道，從而允許多個(gè)前體獨(dú)立或者分開流入在等離子體的不同區(qū)域，因此精密控制該化學(xué)過程的處理。屬于兩個(gè)所述同軸電極對(duì)的這四個(gè)電極404、405、406和407如在優(yōu)選設(shè)備的實(shí)例中定位。該前體的流動(dòng)模式從底部403開始進(jìn)行，通過傳輸管道最遠(yuǎn)到該設(shè)備的端部。傳輸管道的末端位置411可沿著設(shè)備的主軸線移動(dòng)，以調(diào)節(jié)前體和等離子體之間的長(zhǎng)度，并且因此調(diào)節(jié)前體和等離子體之間的接觸時(shí)間。該特定的設(shè)備能夠精細(xì)地調(diào)節(jié)等離子體的區(qū)域中的前體的入口位置，并因此控制該前體的化學(xué)反應(yīng)、所產(chǎn)生以及組成投射在待處理表面(410)上的等離子束的自由基和化學(xué)活性物質(zhì)的密度和類型。在該設(shè)備中所使用的化學(xué)前體包括有機(jī)前體、有機(jī)金屬前體和含有任何性質(zhì)和種類的納米顆粒的懸浮液。傳輸管道可以具有包括在0.1mm至1.0mm之間的內(nèi)徑，而分離管道可具有包括在0.3到
2.0mm之間并且在任何情況下必然比傳輸管道的外徑大的內(nèi)徑。傳輸管道的厚度也可以變化，并且通常包括在0.1mm和0.3mm之間，而分離管道的厚度通常包括在0.4至1.0mm之間。
[0083]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)置有由介電材料制成的平行六面體形式的管狀管道501的設(shè)備的示例，其表示大氣壓等離子體設(shè)備的主體;介電材料可以是陶瓷、玻璃、石英或聚合物或具有介電特性的復(fù)合材料;傳輸氣體502流經(jīng)所述管狀管道，并且可以是單原子惰性氣體，諸如He、Ar、Ne、Kr，或分子氣體，諸如氮?dú)?、氧氣、氫氣、二氧化碳、甲燒或其它碳?xì)浠衔?、水蒸汽，或任何單原子、雙原子氣體的混合物，或單原子和分子混合氣體;具有棒狀的形式的兩個(gè)所述電極對(duì)(分別為503和504，505和506)位于該設(shè)備主體的外部；電極是由導(dǎo)電材料制成的，并且通常為金屬，503被高頻發(fā)生器(1-1OOkHz)極化，并且用在脈沖模式下;脈沖可以是矩形波形或三角波形或其他波形；505由在1-30MHZ的范圍內(nèi)的射頻下工作的發(fā)生器極化；電極504和506是接地的；設(shè)備的主體也接地;在管狀管道內(nèi)部生成了等禺子體并且等離子體葉片從設(shè)備的主體507末端流出；具有平行六面體形式的設(shè)備的主體的尺寸508、509和510(即，分別為長(zhǎng)、寬和高)可包括在10到100mm之間，并且被定義為設(shè)備的高度和寬度之間的比率的設(shè)備的寬高比可在1(具有方形部分的設(shè)備)到100(具有片狀等離子體的設(shè)備)之間變化。
[0084]實(shí)例I
_5] 去除以及蝕刻聚合物涂層和有機(jī)/無(wú)機(jī)混合物
[0086]根據(jù)圖2中所示的設(shè)備，本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用的第一個(gè)示例是去除一些像丙烯酸類產(chǎn)品和環(huán)氧樹脂的聚合物產(chǎn)品。諸如通常用作文化名勝古跡的手工制品的透明保護(hù)的Paraloid B72等(Paraloid、B67、Primal、AcryiI 33等)的Acrylie產(chǎn)品，在暴露于風(fēng)化因子一段時(shí)間之后必須被去除并替換。針對(duì)這種用途，使用含有0.3%的氧氣的氬氣混合物作為電離氣體;它以1L/分鐘的速度流動(dòng)，并通過管狀管道401被引入。在高頻下以及在射頻下的兩個(gè)電極對(duì)分別在30kHz的頻率和27MHz的頻率下，在直接模式和脈沖模式下以15W和90W的功率工作。通過將待處理的具有聚合物涂層的材料去除2mm的距離，可獲得以20μπι/分鐘去除Paralod Β72的速度。設(shè)備的最大溫度不超過40°C，甚至可連續(xù)處理600s，并且使操作者可以手動(dòng)使用該設(shè)備。此外，所處理的材料的表面溫度維持在50°C以下，因此允許使用該設(shè)備處理敏感材料。等離子體條件非常穩(wěn)定，并且在這種實(shí)驗(yàn)過程中沒有觀察到生成電弧的現(xiàn)象。因此，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)是可用安全并且可控的方式去除涂布在歷史文化名勝古跡的手工制品(handmade item)的聚合物保護(hù)涂層。
[0087]除了用作保護(hù)的聚合物涂層，本發(fā)明能夠幫助清理并去除通常由“作家”使用的玷污市區(qū)裝飾物和歷史文化名勝古跡的建筑的涂鴉和噴漆。對(duì)于這種類型的應(yīng)用，在脈沖狀態(tài)下，施加到RF電極對(duì)的功率為160W。在處理120秒后，涂料(丙烯酸系樹脂、醇酸樹脂、硝基纖維素等)的聚合物粘合劑被明顯去除，并且，有機(jī)顏料失去凝聚力，變得通過使用濕布就可以很容易的去除。通過多次重復(fù)這樣的過程，可完全去除涂鴉。可替代地，作為本發(fā)明的目標(biāo)的設(shè)備已成功地用于以下用溶劑進(jìn)行的清洗操作中；通過應(yīng)用上述參數(shù)，由本發(fā)明的示例生成的冷等離子體成功去除殘留的聚合物涂料(其已經(jīng)被趨于滲透到基板的孔中的溶劑溶解)。
[0088]據(jù)觀察，使用所提出的方法和設(shè)備不限于僅去除丙烯酸聚合物，而是一般它可以擴(kuò)展到去除和蝕刻所有的高分子材料以及含有聚合物級(jí)分的所有的有機(jī)/無(wú)機(jī)混合物材料。此外，通過在上述條件中使用火炬的示例，能夠從石材表面完全清洗和去除煙灰;幾分鐘的精細(xì)處理足以完全從約Icm2的表面積去除煙灰。
[0089]實(shí)例2
[0090]有機(jī)薄膜、無(wú)機(jī)薄膜及混合物薄膜的沉積物
[0091]如圖4所示，在二氧化硅薄膜的沉積物中采用的根據(jù)本發(fā)明的目的設(shè)備的本發(fā)明的示例配備有同軸霧化器。液體前體六甲基二硅氧烷(可替換使用具有有機(jī)硅酸鹽基的其它前體)被以0.lmL/min的速度引入傳輸管道409，并且由于空氣或氬氣或氬氣/氧氣的氣流被霧化，以5L/分鐘的速度吹入分離管道408的內(nèi)部。通過主管狀管道，反而使所述電離氣體(氬氣，或者含0.3 %的氧氣的氬氣，以1L/分鐘)流動(dòng)，其除了生成等離子體還使化學(xué)前體聚合以生成薄膜。通過對(duì)低頻發(fā)生器施加20W的功率，以及對(duì)射頻發(fā)生器施加50W的功率，獲得Ιμπι厚度的二氧化硅膜，用于被置于離出口 2mm距離處的樣本，以及用于1s持續(xù)時(shí)間的精確處理。因此，本發(fā)明的示例能夠在APLD(大氣等離子體液體沉積)模式下沉積。
[0092]本發(fā)明的示例(如圖4所示)可以沉積二氧化硅薄膜，在等離子體中引入所選的化學(xué)前體(六甲基二硅氧烷、四乙氧基硅烷，或其它二氧化硅基的前體)的蒸氣，在APVD(大氣等離子體氣相沉積)模式下工作。使氣體載體(氬氣或氬氣/氧氣)以0.25/分鐘流動(dòng)，在包含液體化學(xué)前體的受體內(nèi)部，通過捕獲化學(xué)前體本身的揮發(fā)性餾分，并通過使用分離管道408攜帶其進(jìn)入等離子體。通過應(yīng)用在前面的段落中所描述的條件，獲得400nm厚度的二氧化硅膜，這表明沉積效率為40nm/秒。
[0093]上述兩種沉積模式(APLD、APVD)也用于沉積聚合物膜，諸如，但不限于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。通過在上述APVD條件下工作，獲得等于60nm/秒的PMMA的沉積效率。在一般情況下，原料單體的蒸汽壓越高，沉積相應(yīng)的聚合物的效率將越大。
[0094]由于本發(fā)明(如圖4所示)的示例的多同軸性，沉積系統(tǒng)能夠用有機(jī)/無(wú)機(jī)混合物的特性生成涂層。含有納米顆粒(陶瓷、聚合物、金屬、混合物)但不限于納米顆粒的分散體被引入通過傳輸管道409，并由于先前通過諸如六甲基二硅氧烷(但不限于后者)的化學(xué)前體的蒸汽的氬氣流或氬氣/氧氣流被霧化，并且被引入通過分離管道408。以這種方式，在噴嘴的出口處，發(fā)生前體聚合反應(yīng)，其導(dǎo)致薄膜的沉積，該薄膜包含將從傳輸管道排出的納米顆粒。
[0095]據(jù)觀察，使用的本發(fā)明的方法和示例并不限于二氧化硅膜的沉積，而是一般可以延伸到以下物質(zhì)的沉積:氧化鋯、氧化鈦、氧化鋁、氧化鈰。類似地，聚合物膜的沉積并不限于PMMA，而是一般可以擴(kuò)展到在溶液中可用的其原料單體的所有聚合物。
[0096]實(shí)例3
[0097]新的文化遺產(chǎn)協(xié)議的應(yīng)用
[0098]通過使用本發(fā)明(如圖4所示)的示例，可以創(chuàng)建在文化遺產(chǎn)保護(hù)范圍內(nèi)使用的沉積保護(hù)性聚合物膜以及可行的可控的去除該保護(hù)性聚合物膜的新協(xié)議。通過利用本發(fā)明的示例性的多同軸性，使由氬氣或者氬氣/氧氣構(gòu)成的第一氣體載體流入含有甲基丙烯酸甲酯單體(MMA)的受體，以便獲取蒸汽，并引入到分離管道408。而仍然由氬氣或者氬氣/氧氣構(gòu)成的第二氣體載體流入含有乙基丙烯酸酯單體(EtA)的第二受體，以便隨后被引入到傳輸管道409。通過這種由Totolin等人提出的方式(Totolin等人在Journal of cultural 12(2011)392中描述并在此附上以供參考)，獲得在等離子體中的共聚物，其導(dǎo)致形成廣泛應(yīng)用在該領(lǐng)域的類似的商業(yè)產(chǎn)品Primal AC33(Rohm和Hass)。聚合物薄膜沉積在娃基板上，并且由于對(duì)UV燈的操作(老化時(shí)間= 500h)使聚合物老化之后，可通過等離子體將其去除，獲得與能夠去除Paraloid B72的速度相比的去除速度。
[0099]實(shí)例4
[0100]還原處理:清潔金屬氧化物和硫化物
[0101]本發(fā)明的(如圖2所示)的設(shè)備，也可用于對(duì)金屬氧化物和硫化物進(jìn)行還原清洗。對(duì)于這種應(yīng)用，通過使用含有2%氫氣的氬氣混合物作為電離氣體以獲得最好的結(jié)果;施加到兩電極對(duì)的功率為15W和80W，分別用于兩個(gè)高頻發(fā)生器和射頻發(fā)生器，而這種處理類型的噴嘴樣品的距離被設(shè)置為5mm，以便能夠在輝光條件(S卩，在其中待處理的材料被放置在由等離子體產(chǎn)生的光束之外并且不與之直接接觸的條件)下使用該設(shè)備工作。在這些條件下，使用2分鐘的精確的處理，能夠從自然老化的Ag999到Ag925的樣品完全去除硫化銀。據(jù)觀察，還是針對(duì)這種處理類型，在基板所測(cè)得的溫度永遠(yuǎn)不超過25°C ;因此，已經(jīng)證明了即使對(duì)于熱敏材料的特定處理，使用本發(fā)明也是極為有效的。
[0102]由于使用本發(fā)明的示例(如圖4所示)，可以通過在等離子體中具有還原特性的霧化溶液而幫助清潔金屬。稀釋的HCl溶液(0.1M)被引入到傳輸管道409，而氬氣流被引入到分離管道408，以霧化在等離子體出口處的溶液。在這些條件下，以2分鐘的精確處理，能夠從自然老化的Cu999樣品完全去除硫化銅。
[0103]實(shí)例5
[0104]表面的清潔、消毒和活化
[0105]使用本發(fā)明(如圖2表示)的另一個(gè)示例是很常見的對(duì)表面進(jìn)行的活化和清洗。由所提出的不同的示例產(chǎn)成的等離子體能夠增加所處理的表面的濕潤(rùn)性，以便處理疊印和粘附。如聚苯乙烯或聚丙烯的聚合物材料能夠?qū)⑵浔砻婺芰繌?4-36mN/m增大到70-72mN/m。相應(yīng)地，在示例I中使用的下列條件中，接觸水的角度的值從80-100°的非處理的材料過渡到10-15°的處理材料。還有所產(chǎn)生的等離子體的容量給出清理動(dòng)作的效率，以降解可能存在于名勝古跡表面的可能的有機(jī)物質(zhì)、油脂以及脂肪，并且在這種情況下，通過受控的輕度蝕刻聚合物(在表面更新)本身而給出聚合物材料。
[0106]也可以在表面滅菌過程，以及在去除細(xì)菌和其它危險(xiǎn)的生物有機(jī)體的處理中利用由本發(fā)明所生成的等離子體產(chǎn)生的表面清潔作用。也可以通過根據(jù)本發(fā)明使用的示例(如在圖4中表示)提高殺菌作用的效果，特別是通過將例如水蒸汽的試劑通過傳輸管道409引入等離子體，這導(dǎo)致形成用于該目的的有用過氧化物離子。
[0107]實(shí)例6
[0108]表面化學(xué)官能團(tuán)的連接
[0109]如果簡(jiǎn)單的表面活化和清洗不足以解決將不同材料粘合在一起的一些問題，那么本發(fā)明的示例可以用于在名勝古跡表面上附接能適當(dāng)?shù)剡x擇和用于不同材料之間的粘結(jié)的多個(gè)化學(xué)官能團(tuán)。通過使用根據(jù)本發(fā)明的示例(如圖4中表示)，在示例2所述的工作條件下，以及通過分離管道408引入含有諸如丙烯酸類基團(tuán)、環(huán)氧基團(tuán)、胺(但不限于這些)的化學(xué)官能團(tuán)的有機(jī)單體蒸汽，顯著改善了使用環(huán)氧樹脂接頭、氨基甲酸酯接頭和丙烯酸接頭的材料之間的粘附性。還允許這種類型的表面官能化設(shè)計(jì)用上述化學(xué)官能性的表面沉積代替溶劑基底的引物的應(yīng)用的處理。
[0110]類似于在前述幾點(diǎn)所描述的，通過使用諸如丙烯胺、丙烯酸等的化學(xué)前體，能夠在所處理的材料表面上固定胺和/或羧酸型的官能團(tuán)，其是用于生物醫(yī)學(xué)材料或者用于其中期望可提高和促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)的材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于產(chǎn)生大氣等離子體射流的方法，所述方法包括: 在大氣壓下使在流動(dòng)方向(202，402，502)前進(jìn)的處理氣體流過由介電材料制成的管狀管道(201，401，501)，所述管狀管道具有入口部分和出口部分(207，410); 定位與所述管狀管道(201，401，501)的外表面接觸的第一同軸電極對(duì)(203-204，307-308，404-405，503-504)以及第二同軸電極對(duì)(205-206，309-310,406-407，505-506)；所述第一電極對(duì)(203-204，307-308，404-405，503-504)相對(duì)于所述處理氣體在所述管狀管道內(nèi)的流動(dòng)方向(202，402，502)被定位在所述第二電極對(duì)(205-206，309-310，406-407，505-506)的上游的位置處、并且所述第一電極被連接到高頻發(fā)生器(208，301);所述第二電極對(duì)(205-206，309-310，406-407，505-506)被連接到射頻發(fā)生器(209，303); 所述高頻發(fā)生器(208，301)在所述管狀管道(201，401，501)內(nèi)生成絲狀等離子體，所述絲狀等離子體至少延伸到所述第二電極對(duì)(205-206，309-310，406-407，505-506); 所述射頻發(fā)生器(209，303)生成第二 RF等離子體； 使所述RF等離子體和所述絲狀等離子體通過所述出口部分(207，410)流出到所述管狀管道(201，401，501)的外部，在出口處的這樣的等離子體包括在所述出口處具有不高于約100 0C的溫度的至少一種中性氣體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在由所述射頻發(fā)生器(209，303)生成所述RF等離子體的過程中，所述高頻發(fā)生器(208，301)基本上一直被操作用于生成所述絲狀等離子體。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過所述管狀管道的所述入口部分被引入所述管狀管道(201，401，501)的所述處理氣體包括以下物質(zhì)中的至少一種:氦氣、氫氣、氧氣、氮?dú)?、氬氣、空氣、氖氣、二氧化碳、?jīng)類。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，通過所述管狀管道的所述入口部分被引入所述管狀管道(201，401，501)的所述處理氣體包括含有至少一種惰性氣體和至少一種活性氣體的混合物。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述高頻發(fā)生器(208，301)生成脈沖序列，并且所述射頻發(fā)生器(209，303)在所述脈沖序列中基本上是完全激活的。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述射頻發(fā)生器(209，303)在包括在IMHz到30MHz之間的頻率范圍內(nèi)工作。7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，所述脈沖高頻發(fā)生器(208，301)在包括在IkHz至Ij10kHz之間的頻率范圍內(nèi)工作;其中，所述脈沖持續(xù)時(shí)間高達(dá)20ms、且具有包含在10%到98%之間的范圍內(nèi)的占空比。8.一種大氣等離子體小型火炬設(shè)備，其特征在于，包括: 管狀管道(201，401，501)，在大氣壓下由介電材料制成、具有入口部分和出口部分(207,410)； 至少一個(gè)供應(yīng)源，連接至所述管狀管道(201，401，501)的所述入口部分、并且被布置為將處理氣體引入所述管狀管道(201，401，501); 第一同軸電極對(duì)(203-204，307-308，404-405，503-504)和第二同軸電極對(duì)(205-206，309-310，406-407，505-506)，與所述管狀管道(201，401，501)的外表面接觸;所述第一電極對(duì)(203-204，307-308，404-405，503-504)相對(duì)于所述處理氣體在所述管狀管道中的流動(dòng)方向(202，402，502)被定位在所述第二電極對(duì)(205-206，309-310，406-407，505-606)的上游的位置處，并且所述第一電極對(duì)被連接到高頻發(fā)生器(208，301);所述第二電極對(duì)(205-206，309-310，406-407，505-506)被連接到射頻發(fā)生器； 所述高頻發(fā)生器(208，301)被布置為在所述管狀管道(201，401，501)內(nèi)生成絲狀等離子體，所述絲狀等離子體至少延伸到所述第二電極對(duì)(205-206，309-310，406-407，505-506)并且通過所述出口部分從所述管狀管道(201，401，501)離開； 所述射頻發(fā)生器(209，303)被布置為生成通過所述出口部分(207，410)從所述管狀管道(201，401，501)離開的RF等離子體;從所述管狀管道(201，401，501)離開的所述絲狀等離子體和所述RF等離子體包含在所述出口處具有不高于約100°C的溫度的至少一種中性氣體。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的大氣等離子體小型火炬設(shè)備，其特征在于，所述大氣等離子體小型火炬設(shè)備包括控制器件，所述控制器件連接到所述高頻發(fā)生器(208，301)并連接到所述射頻發(fā)生器(209，303)，并且所述控制器件被布置為用于控制所述高頻發(fā)生器(208，301)處于第一非工作狀態(tài)和第一工作狀態(tài)之間，在所述第一工作狀態(tài)下，所述高頻發(fā)生器(208，301)產(chǎn)生所述絲狀等離子體;所述控制器件被布置為用于控制所述射頻發(fā)生器(209，303)處于第二非工作狀態(tài)和第二工作狀態(tài)之間，在所述第二工作狀態(tài)下，所述射頻發(fā)生器(209，303)利用處于所述第一工作狀態(tài)下的所述高頻發(fā)生器(208，301)生成所述RF等離子體。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的大氣等離子體小型火炬設(shè)備，其特征在于，所述控制器件包括至少一個(gè)電子控制單元，所述電子控制單元連接到所述高頻發(fā)生器(208，301)和所述射頻發(fā)生器(209，303)，并且被編程為在受控于所述第一工作狀態(tài)下的高頻發(fā)生器(208，301)生成的脈沖序列期間，控制受控于所述第二工作狀態(tài)下的射頻發(fā)生器(209，303)的激活。11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的大氣等離子體小型火炬設(shè)備，其特征在于，所述大氣等離子體小型火炬設(shè)備包括至少一個(gè)供應(yīng)源，所述至少一個(gè)供應(yīng)源連接到所述管狀管道(201，401，501)的所述入口部分、并被布置為用于將所述處理氣體引入所述管狀管道(201，401，501)，所述處理氣體能夠以包含至少一種惰性氣體和至少一種活性氣體的混合物形式相對(duì)于進(jìn)入流和組合物進(jìn)行調(diào)制。12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的大氣等離子體小型火炬設(shè)備，其中，所述管狀管道(201)具有圓形截面、并且由諸如玻璃、陶瓷、聚合物、復(fù)合物的介電材料或其它介電材料制成，并且其中，所述管狀管道的外徑為包含在Imm到15mm之間。13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的大氣等離子體小型火炬設(shè)備，其中，所述大氣等離子體小型火炬設(shè)備的主體是具有矩形截面(501)的管狀管道，并且其中，短邊(509)包含在Imm到15mm之間。14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的大氣等離子體小型火炬設(shè)備，其中，所述高頻發(fā)生器(208)在包括在I kHz到I OOkHz之間的范圍內(nèi)工作，并且其中，脈沖的持續(xù)時(shí)間包括在1.25ms到20ms的范圍內(nèi)并具有包括在1 %到98 %的范圍內(nèi)的占空比；其中，所述射頻發(fā)生器(209)在包括在IMHz到30MHz的范圍內(nèi)工作，并且其中，所述射頻發(fā)生器(209)的激活容易通過由所述高頻發(fā)生器產(chǎn)生的所述脈沖序列來(lái)控制。15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的大氣等離子體小型火炬設(shè)備，還包括:傳輸管道(409)，液體前體或者以懸浮在液體中的顆粒的形式的前體可流動(dòng)通過所述傳輸管道，這樣的傳輸管道(409)位于所述管狀管道(401)的內(nèi)部并且相對(duì)于所述管狀管道(401)同軸，所述傳輸管道(409)具有在所述管狀管道內(nèi)部置于所述管狀管道(401)的所述出口部分的遠(yuǎn)端位置處的自由排放端。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的大氣等離子體小型火炬設(shè)備，還包括: 分離管道(408)，所述分離管道由介電材料制成并且具有相對(duì)于所述傳輸管道(409)更大的內(nèi)徑和相對(duì)于所述管狀管道(401)更小的外徑，所述分離管道同軸地置于所述傳輸管道(409)和所述管狀管道(401)之間，并且所述分離管道也配備有出口部分， 環(huán)形空腔，由所述傳輸管道(409)的外表面和所述分離管道(408)的內(nèi)表面限定，霧化氣體流入所述環(huán)形空腔，通過阻斷從所述傳輸管道(409)排出的流體所述霧化氣體在所述傳輸管道(409)的所述自由排放端處產(chǎn)生懸浮氣體。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的大氣等離子體小型火炬設(shè)備，還包括:分離管道(408)，所述分離管道由介電材料制成并且具有相對(duì)于所述傳輸管道(409)更大的內(nèi)徑和相對(duì)于所述管狀管道(401)更小的外徑，所述分離管道同軸地置于所述管狀管道(401)和所述傳輸管道(409)之間; 環(huán)形空腔，由所述傳輸管道(409)的外表面和所述分離管道(408)的內(nèi)表面限定，所述處理氣體以化學(xué)前體的蒸汽或者懸浮氣體的形式流入所述環(huán)形空腔內(nèi)，在所述出口部分處這樣的處理氣體與所述RF等離子體相互作用。
【文檔編號(hào)】H05H1/24GK105900532SQ201480073099
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年11月14日
【發(fā)明人】亞歷山德羅·帕泰利, 法爾扎卡帕 埃馬努埃萊·韋爾加, 保羅·斯科佩切, 羅伯托·皮耶羅邦, 西蒙尼·韋祖
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