[发明专利]一种引入微辉光放电模式的大气压非平衡等离子体源

说明书

技术领域

本发明属于气体放电与应用技术领域，涉及一种气体放电低温等离子体发生源，尤其是一种引入微辉光放电模式的大气压非平衡等离子体源。

背景技术

大气压非平衡等离子体及其在现代工业、能源、资源环境、国防等领域的应用是21世纪具有全球性影响的科学与工程，在高效活性氧自由基制备、材料表面处理、臭氧合成、紫外光源、高功率CO₂激光器、等离子体显示、等离子体化学及环境保护等领域获得广泛应用，实现了传统方法难以达到的处理效果，展现了非平衡等离子体重要的应用价值。同传统的低气压非平衡等离子体发生技术相比，大气压非平衡等离子体最主要的优势是它不需要庞大而复杂的真空系统和具有严格密封的真空罩反应器，因此特别适合于连续性工业生产的需求。目前，产生大气压非平衡等离子体的方法主要有电晕放电、微波放电和介质阻挡放电等，其中大气压介质阻挡放电结构简单、容易获得大空间非平衡等离子体，最具代表性。

在大气压介质阻挡放电体系中，微流注放电模式是最主要、最常见、也是最容易实现的放电模式，这种放电模式在工业臭氧合成领域应用已有一百余年的历史，但至今采用该放电模式的等离子体化学反应效能一直不高。同微流注放电相比，辉光放电具有更高效的等离子体化学反应性能，但在大气压下实现大空间辉光放电却非常困难，目前仅能在He气环境下实现大气压辉光放电，限制了辉光放电模式在等离子体化学反应中的应用。

依据气体放电理论，在非均匀电场放电结构中，如果将激励电压提高到一定程度，阴极电晕放电会很快由Trichel脉冲放电模式过渡到稳定辉光放电模式，这种辉光放电的尺度很小，在针板型电极间距为20～40mm时，辉光放电的径向尺度也仅有0.04～0.07mm，但却具有与经典低气压辉光放电相似的放电区域结构特征。在一个激励电压周期内，如果能在放电空间产生超过400个/cm²微辉光放电，活性粒子的产生效率就会大幅提高。大连海事大学俞哲等在2010年利用针-板介质阻挡放电结构，采用10kHz、6kV高频高电压激励，在0.3～1.2mm的窄放电间隙内实现了微尺度的辉光放电(大连海事大学硕士学位论文，2010年)，实验验证了利用大气压介质阻挡放电体系也能够产生微辉光放电模式。

在介质阻挡放电中，利用电介质层的镇流效应可以在同一放电空间同一激励电压周期内产生数量庞大、结构尺度相近、特性相同的微放电，多数情况下这种微放电表现为微流注的放电模式。如果将平板介质阻挡电极结构改变为多针-板介质阻挡放电结构，同时改善电介质层的结构和性能，并提高激励电场强度，就能够在放电空间内在激励电场的负半周期产生数量超过400个/cm²的微尺度辉光放电，由此将微辉光放电模式引入到了大气压介质阻挡放电体系中，利用微辉光放电阴极区产生的强电场电离工作气体，结合微辉光放电的集体效应，可以有效提高高能电子在时间和空间上的占有率，进而为等离子体化学反应提供更加丰富的活性粒子。

发明内容

本发明克服了现有用于等离子体化学反应的大气压非平衡等离子体源的不足，提供一种引入微辉光放电模式的大气压非平衡等离子体源。本发明是在常规大气压介质阻挡非平衡等离子体发生源基础上，通过改变电极结构，改善电介质层材料性能，提高激励电场强度等方法将多重微辉光放电模式引入到大气压非平衡等离子体源中，提高了活性粒子的产生效率，增强了等离子体化学反应效能。

本发明的技术方案是：