一種無縫接觸透明電極產生等離子體射流的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于等離子體的產生及應用技術領域，具體地說是一種無縫接觸透明電極產生等離子體射流的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]氣體放電是一種能夠產生高密度低溫等離子體的有效方法，在材料表面改性、臭氧合成和滅菌消毒等領域具有廣泛的應用前景。大氣壓低溫等離子體射流是一種新型的氣體放電技術，它具有結構簡單、運行穩定和無需真空設備等優點而備受關注。
[0003]通常，產生等離子體射流的裝置主要由石英玻璃管、金屬電極和高壓電源三部分組成;其中，金屬電極一般是采用銅箔或者鋁箔包裹在石英玻璃管的外壁上制作而成。把金屬電極與高壓電源相接，在高壓電源的激勵下，石英玻璃管內的反應氣體被電離而產生等離子體。在外加電壓和氣流的共同作用下，將放電所產生的等離子體引出放電區域而到達石英玻璃管外，從而到達開放的應用區域。但是，這種結構的裝置存在以下兩方面的不足。一方面，金屬電極與石英玻璃管外壁之間會存在縫隙，不能達到無縫包裹石英玻璃管的目的，這樣會導致外加電壓沒有完全施加在電極位置處的工作氣體上，即部分電壓會損失在金屬電極與管外壁的縫隙中，造成能源的浪費。另外，在金屬電極的制作過程中，也會造成有色金屬的浪費。另一方面，就等離子體的應用而言，等離子體參量是其中的一個重要物理量。由于金屬電極是不透明的，因此無法測量電極位置處等離子體的發光信號，也就無法計算該位置處的等離子體參量，從而制約了現有等離子體射流的靈活應用。

【發明內容】

[0004]本發明的目的之一就是提供一種無縫接觸透明電極產生等離子體射流的裝置，以解決現有裝置因金屬電極與石英玻璃管外壁之間存在縫隙而導致部分電壓損失在金屬電極與管壁之間的縫隙內以及無法測量電極位置處等離子體發光信號的問題。
[0005]本發明的目的之二就是提供一種無縫接觸透明電極產生等離子體射流的方法。
[0006]本發明的目的之一是這樣實現的:一種無縫接觸透明電極產生等離子體射流的裝置，包括兩個相對設置的水槽、石英玻璃管和等離子體發生電源;所述石英玻璃管垂直穿過兩個所述水槽的側面;所述水槽由透明絕緣材料制成，在兩個所述水槽內分別盛有用作電極的液體水，兩個水槽內的液面可使穿過所述水槽內部的石英玻璃管完全浸沒;在所述石英玻璃管內通有放電氣體;所述等離子體發生電源的正負極分別與兩個水槽內的液體水電連接。
[0007]優選的，所述石英玻璃管的長度為10?20mm，其壁厚為0.1?1mm，其外徑為0.3?30mm ο
[0008]更優選的，所述石英玻璃管的長度為20mm，其壁厚為1mm，其外徑為6mnu
[0009]優選的，所述水槽的長為20?60mm，寬為5?10mm，高為20?60mm;所述水槽的壁厚為
0.1?Imm;兩個水槽之間的間距為5?20_。
[0010]更優選的，所述水槽由透明的絕緣材料PET薄膜制成，其壁厚為0.1mm，其長寬高為40mm X 5mm X 40mm，兩個水槽之間的間距為I Omm。
[0011]所述放電氣體為氬氣、氦氣、氬氣與空氣的混合氣體或者氦氣與空氣的混合氣體；且所述放電氣體的流量可調。
[0012]本發明的目的之二是這樣實現的:一種無縫接觸透明電極產生等離子體射流的方法，包括如下步驟:
a、設置兩個相對的水槽，并在兩個水槽內盛放用作電極的液體水;使石英玻璃管垂直穿過兩個水槽的側面，且兩個水槽內的液面可使穿過所述水槽內部的石英玻璃管完全浸沒;所述水槽由透明絕緣材料制成;兩個水槽內的液體水分別與水槽外部的等離子體發生電源的正負極電連接；
b、從所述石英玻璃管的一端向所述石英玻璃管內通入放電氣體；
C、打開等離子體發生電源的開關，調節等離子體發生電源的電壓，在等離子體發生電源的激勵下，在所述石英玻璃管的內部產生等離子體，所產生的等離子體在石英玻璃管內氣流的作用下由所述石英玻璃管的另一端被引出。
[0013]步驟b中向所述石英玻璃管內通入的放電氣體為氬氣、氦氣、氬氣與空氣的混合氣體或者氦氣與空氣的混合氣體;所通入的放電氣體的流量為0.1?5L/min。
[0014]步驟c中調節等離子體發生電源的電壓在5?1kV之間，頻率在8?15kHz之間。
[0015]本發明通過設置兩個相對的水槽，水槽由透明絕緣材料制作，在水槽內盛有作為電極的液體水，即:本發明中的電極替換了現有技術中的金屬電極，改為透明的水電極，從而可避免有色金屬的浪費。石英玻璃管以垂直于水槽側面的方式垂直穿過兩個水槽，且石英玻璃管的兩端分別位于兩個水槽的外側。水槽內的液面可將穿過水槽內的石英玻璃管完全浸沒。因此，本發明可解決現有技術中金屬電極與石英玻璃管外壁之間存在縫隙的問題，即本發明實現了電極與石英玻璃管外壁之間的無縫接觸，與現有的有縫隙接觸相比，在相同的激勵電壓下，本發明可以增加放電等離子體中的活性自由基的含量，增加電子密度，提高反應效率。另一方面，本發明還解決了現有技術中無法測量金屬電極位置處等離子體發光信號的問題，由于水槽中的液態水具有良好的透光性，因此可以對該位置處的發光信號進行診斷，進而計算其等離子體參量，實現了對整個放電區域(包括石英玻璃管處和水電極處)全方位的光學診斷。另外，本發明還具有結構簡單、成本低、易操作、易于工業化應用等優點，可以根據實際需要調節水槽的位置和兩個水槽的間距，進而提高等離子體射流的應用范圍。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明所提供的裝置的結構示意圖。
[0017]圖2是圖1的端視圖。
[0018]圖3是本發明實施例2中所形成的放電等離子體射流的照片示意圖。
[0019]圖4是本發明實施例2中測量水槽內透明電極位置處等離子體發射光譜的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]實施例1，一種無縫接觸透明電極產生等離子體射流的裝置。
[0021]如圖1和圖2所示，本發明所提供的無縫接觸透明電極產生等離子體射流的裝置包括兩個相對設置的水槽2、石英玻璃管I和等離子體發生電源3。水槽2由透明絕緣材料制成，例如，可由透明的絕緣材料PET薄膜制成。水槽2可以是封閉的箱體結構，也可以是頂端敞口的箱體結構。水槽2的長、寬、高可以為(20?60mm) X (5?10mm) X (20?60mm);優選的，水槽2的長、寬、高為40mmX5mmX40mm。水槽2的壁厚可以為0.1?Imm;優選的，水槽2的壁厚為0.1mm0兩個水槽2之間的間距可以為5?20mm;優選的，兩個水槽2之間的間距為10mm。在水槽2內注有液體水，水槽2內的液體水是用作電極所用，即:本發明中的電極為透明的水電極。
[0022]石英玻璃管I為兩端開口的圓柱形管體結構，石英玻璃管I的長度可以為10?20mm，其壁厚可以為0.1?1mm，其外徑可以為0.3?30mm。優選的，石英玻璃管I的長度為20mm，其壁厚為1mm，其外徑為6mm