專利名稱：一種新型針-環(huán)式等離子體射流裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于等離子科學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型針-環(huán)式等離子體射流裝置。
背景技術(shù)：
近年來，大氣壓等離子體射流(AtmosphericPressure Plasma Jet,APPJ)引起了國際上的重大關(guān)注，被廣泛用于材料表面改性、等離子體刻蝕、環(huán)境工程以及物品表面滅菌等。而傳統(tǒng)意義上的使用介質(zhì)阻擋放電(Dielectric BarrierDischarge,DBD)來產(chǎn)生低溫等離子體，其放電間隙仍限制于數(shù)毫米到幾厘米范圍內(nèi)，不僅需要較高的氣體擊穿電壓，且無法應(yīng)用于體積稍大的物品。更為重要的是，活性粒子獲取能量需要一定的空間和時間，狹小的空間會導(dǎo)致活性粒子能量較低，繼而大大影響實際應(yīng)用效果。華中科技大學(xué)的盧新培教授等設(shè)計并制作的一種針-環(huán)式等離子體射流裝置，在該裝置上可產(chǎn)生長11厘米的射流體，所采用的高頻電壓有效值為5kv，電壓頻率為40kHz，該裝置的最顯著的一個特點(diǎn)是高壓電極置于一個單端封口的石英管內(nèi)；該射流裝置的另一個特點(diǎn)是它所產(chǎn)生等離子體的氣體溫度在所調(diào)試的所有參數(shù)范圍內(nèi)都保持常溫。該方法產(chǎn)生的等離子射流長度雖然長達(dá)11厘米，但使用的氦氣流量高達(dá)15L/min，其成本相對較高。同時，該裝置的接地電極為固定值，在實際應(yīng)用中，該接地電極的位置可能會發(fā)生變化，此時的一些特性在實際應(yīng)用過程中并不再適用。缺少對于電極位置及尺寸發(fā)生變化，對于射流特性影響的探討。其次，對于此時的放電狀態(tài)，也沒有進(jìn)行考查，直接將其忽略掉，而放電狀態(tài)的考查，對于深入理解氣體放電理論，有著極為重要的意義；西安交通大學(xué)的張冠軍教授等提出了一種針-環(huán)結(jié)構(gòu)的射流裝置，接地電極寬度為5mm，接地電極距管口為10mm，且使用的材料為銅箔，石英管長度為IlOmm,內(nèi)徑為2. 3mm,高壓電極采用直徑為Imm的鶴絲制作，在該結(jié)構(gòu)下，當(dāng)電壓為3 6kV時，可以產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體射流。同時，他們討論了外加電壓、管徑及氣流對于等離子體射流長度的影響。他們雖然對該針-環(huán)結(jié)構(gòu)的一些特性進(jìn)行了測試，但電極參數(shù)發(fā)現(xiàn)變化時，有的特性將會發(fā)生變化，對于該問題，他們并沒有提及。同時，對于該結(jié)構(gòu)下可能出現(xiàn)的“多脈沖”放電形式，并沒有予以報道；L. Xu設(shè)計的基于介質(zhì)阻擋放電(Dielectric BarrierDischarge, DBD)形式的射流裝置,其內(nèi)電極均不銹鋼細(xì)管制作，該不銹鋼細(xì)管的內(nèi)徑為8_，既可以通入氣體又可以作為接地電極。而緊挨高壓電極的外管也為一個絕緣細(xì)管，其內(nèi)徑為15mm。當(dāng)裝置外加電壓13. IkV時(峰峰值)，電源頻率為15kHz，氬氣流量200L/h時，離管口約I. 5厘米處的等離子體的氣體溫度可保持在47°C。他們雖然對該結(jié)構(gòu)的一些特性進(jìn)行了測試，但他們的測試是局限于該固定裝置上，對于電極參數(shù)發(fā)生變化時，對于射流長度及放電特性的影響并沒有予以討論。同時，由于氣體直接通過的是接地電極，氣體的電離程度并不是很高，此外，該裝置的高壓電極雖然由絕緣材料包裹，但隨著時間的推移，材料一旦老化，較容易造成操作者的誤傷；C. Cheng等設(shè)計的兩電極氬氣等離子體射流裝置，裝置的中心處放置一金屬管狀接地電極，高壓電極則包裹在聚四氟乙烯絕緣管內(nèi)，電源頻率6 20kHz，外加電壓33. 6kV (峰峰值)時，可穩(wěn)定放電，且氣體溫度在25 30°C，功率可達(dá)14 20W，可見該結(jié)構(gòu)在功率輸出上具有很大的優(yōu)勢。在該裝置上施加電壓為30 80kV且電源頻率為6 20kHz時，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的放電，不難看出，該結(jié)構(gòu)下的穩(wěn)定放電電壓較前面的裝置都高了很多，從安全角度來講，對于絕緣材料的性能要求甚高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于利用在一種新型針-環(huán)式等離子體射流裝置，旨在解決現(xiàn)有的射流裝置存在的缺少對于電極位置及尺寸發(fā)生變化，對于射流特性影響程度，當(dāng)電極位置變化時，在實驗中觀察到了不同的“多脈沖”放電形式，裝置在進(jìn)行實驗室，都沒有報道這種多脈沖放電形式，裝置需要施加的電壓過高，存在一定的安全隱患等問題。本發(fā)明的目的在于提供一種新型針-環(huán)式等離子體射流裝置，該裝置包括針電極、石英管、進(jìn)氣口、接地電極、噴口 ；所述針電極設(shè)置在所述石英管的中心，所述進(jìn)氣口設(shè)置在所述石英管的一側(cè)，所述接地電極設(shè)置在所述石英管的外側(cè)，所述噴口設(shè)置在所述石英管的底部。 進(jìn)一步、所述針電極采用絕緣的聚四氟乙烯塞子固定。進(jìn)一步、所述等離子體射流裝置采用銅皮繞制的接地電極。本發(fā)明的針-環(huán)式等離子體射流裝置，該裝置包括針電極、石英管、進(jìn)氣口、接地電極、噴口 ；針電極設(shè)置在石英管的中心，進(jìn)氣口設(shè)置在石英管的一側(cè)，接地電極設(shè)置在石英管的外側(cè)，噴口設(shè)置在石英管的底部。本發(fā)明的針-環(huán)式等離子體射流裝置，通過調(diào)節(jié)接地電極的位置及其寬度，可以適當(dāng)擴(kuò)大射流長度范圍，擴(kuò)充該裝置的應(yīng)用場合，而且可以將接地電極作為高壓電極使用，將高壓電極作為接地電極使用，增加裝置使用的安全性；同時對于觀察到多脈沖放電現(xiàn)象(目前的文獻(xiàn)未予以報道該現(xiàn)象)，利于對氣體放電理論的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的針-環(huán)式等離子體射流裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可用于多種實驗研究。


圖I是本發(fā)明提供的新型針-環(huán)式等離子體射流裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明提供的接地電極位置為不同值時射流長度曲線圖；圖3是本發(fā)明提供的接地電極寬度為不同值時射流長度曲線圖。圖中1、針電極；2、石英管；3、進(jìn)氣口 ；4、接地電極；5、噴口。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)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。本發(fā)明實施例提供了一種新型針-環(huán)式等離子體射流裝置，該裝置包括針電極、石英管、進(jìn)氣口、接地電極、噴口 ；針電極設(shè)置在石英管的中心，進(jìn)氣口設(shè)置在石英管的一側(cè)，接地電極設(shè)置在石英管的外側(cè)，噴口設(shè)置在石英管的底部。作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，針電極采用絕緣的聚四氟乙烯塞子固定。作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，接地電極為銅皮繞制且位置和寬度可調(diào)。
以下參照附圖1，對本發(fā)明提供的新型針-環(huán)式等離子體射流裝置作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖I所示，本發(fā)明中的針-環(huán)式等離子體射流裝置，該裝置主體部分為長100_的石英管2，外徑尺寸和內(nèi)徑尺寸分別為8mm和5. 39mm，進(jìn)氣口 3距離噴口約44mm。在石英管2的上游端口處插入直徑為I. 64_針電極1，為了確保針電極I與石英管2同軸，采用自制的聚四氟乙烯絕緣塞子將其固定，并用施以密封，以保證該處的密封性。接地電極4為銅皮繞制，寬度為12. 76mm,其位置可調(diào),且在石英管2的外側(cè),離噴口 5較近,使用時不會存在安全隱患；使用本裝置做實驗時，選用上海濟(jì)陽科技有 限公司生產(chǎn)的氦氣作為放電氣體，其純度為99. 999%。在實際操作中，主要利用噴口 5以外的等離子體進(jìn)行應(yīng)用，為此，從噴口 5處開始測量等離子體射流長度L，將接地電極4與噴口 5的距離記為D，實驗中主要通過改變D值，對射流特性進(jìn)行對比分析。如圖2所示，接地電極4的位置為不同D值時，射流長度與外部氣流的關(guān)系曲線，此時外加電壓為IOkv (有效值為3. 5kV，電壓相對較低)。可以看到，隨著外部氣流的變化，射流長度首先上升，隨后經(jīng)過一過渡階段，最終趨于平穩(wěn)長度，射流長度不再隨氣流的變化而變化，同時可以看到，電極位置D值變大時，射流長度將會縮短，為此，從實驗角度可以說明，我們可以通過調(diào)節(jié)接地電極的位置，來改變射流長度，對于實際應(yīng)用具有一定的意義。如圖3所示，接地電極4為不同接地電極寬度W值時，射流長度與外部氣流的關(guān)系曲線，此時外加電壓為IOkV (有效值為3. 5kV，電壓相對較低)?？梢钥吹?，接地電極寬度變化時，射流長度也會發(fā)生變化。寬度越大時，射流長度反而會減??；從實驗角度可以說明，我們可以通過調(diào)節(jié)接地電極的寬度，來改變射流長度，對于實際應(yīng)用也具有一定的意義。本發(fā)明的針-環(huán)式等離子體射流裝置，該裝置包括針電極、石英管、進(jìn)氣口、接地電極、噴口 ；針電極設(shè)置在石英管的中心，進(jìn)氣口設(shè)置在石英管的一側(cè)，接地電極設(shè)置在石英管的外側(cè)，噴口設(shè)置在石英管的底部。本實用新型的針-環(huán)式等離子體射流裝置，通過調(diào)節(jié)接地電極的位置及其寬度，可以適當(dāng)擴(kuò)大射流長度范圍，擴(kuò)充該裝置的應(yīng)用場合，而且可以將接地電極作為高壓電極使用，將高壓電極作為接地電極使用，增加裝置使用的安全性；同時對于觀察到多脈沖放電現(xiàn)象(目前的文獻(xiàn)未予以報道該現(xiàn)象)，利于對氣體放電理論的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的針-環(huán)式等離子體射流裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可用于多種實驗研究。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種新型針-環(huán)式等離子體射流裝置，其特征在于，該裝置包括針電極、石英管、進(jìn)氣口、接地電極、噴口 ； 所述針電極設(shè)置在所述石英管的中心，所述進(jìn)氣口設(shè)置在所述石英管的一側(cè)，所述接地電極設(shè)置在所述石英管的外側(cè)，所述噴口設(shè)置在所述石英管的底部；所述等離子體射流裝置采用位置和寬度可調(diào)的接地電極。
2.如權(quán)利要求I所述的新型針-環(huán)式等離子體射流裝置，其特征在于，所述針電極采用絕緣的聚四氟乙烯塞子固定。
3.如權(quán)利要求I所述的新型針-環(huán)式等離子體射流裝置，其特征在于，所述等離子體射流裝置采用銅皮繞制的接地電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型針-環(huán)式等離子體射流裝置，該裝置包括針電極、石英管、進(jìn)氣口、接地電極、噴口；針電極設(shè)置在石英管的中心，進(jìn)氣口設(shè)置在石英管的一側(cè)，接地電極設(shè)置在石英管的外側(cè)，噴口設(shè)置在石英管的底部。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)接地電極的寬度和位置，可以適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大射流范圍，可以擴(kuò)大針-環(huán)式等離子體射流裝置的實用環(huán)境，同時，對于觀察到多脈沖放電現(xiàn)象，利于對氣體放電理論的進(jìn)一步理解。
文檔編號H05H1/26GK102883516SQ20121042533
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者侯世英, 羅書豪, 孫韜, 曾鵬, 張文玉, 黃哲 申請人:重慶大學(xué), 侯世英