[发明专利]大气压微尺度低温等离子体射流发生装置无效
申请号: | 201110335006.0 | 申请日: | 2011-10-29 |
公开(公告)号: | CN102387654A | 公开(公告)日: | 2012-03-21 |
发明(设计)人: | 李寿哲 | 申请(专利权)人: | 大连理工大学 |
主分类号: | H05H1/30 | 分类号: | H05H1/30 |
代理公司: | 大连理工大学专利中心 21200 | 代理人: | 侯明远 |
地址: | 116024*** | 国省代码: | 辽宁;21 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 大气压 尺度 低温 等离子体 射流 发生 装置 | ||
技术领域
本发明属于低温等离子体技术领域,涉及一种应用在微纳刻蚀技术领域和生物医疗中杀菌消毒的大气压微尺度低温等离子体射流发生装置。
背景技术
大气压等离子体技术经过十几年的发展过程中衍生出的一个重要分支是等离子体射流技术。着眼于生物,医疗,以及工业用无机,有机和金属材料表面改性和微纳刻蚀加工等应用所开展的等离子体射流技术研究工作日益受到医学,生物,以及机械超精密加工等其他学科研究者的关注。在大气压下产生等离子体不仅因为不需要真空环境而大大减少了真空设备的投资,而且由于安装空间不受真空腔的限制使得等离子体设备与其他设备的结合和配套的灵活性大大增加,还有,等离子体射流中所产生大量的电中性的活性自由基较带电粒子相比无论从产生的粒子数密度还是与被处理材料相互作用的物理化学过程都显得更为重要和直接。
通常在大气压下对温度敏感材料的处理以及在低温精密加工过程中,一方面要求有低的气体温度,另一方面等离子体电子温度越高越有利于通过物理化学过程得到活性自由基以及各种激发态粒子。通常所采用的技术方法中通过增加功率来获得高电子温度等离子体的方式往往会导致气体温度也会随之升高,使得很多现有的等离子体射流形态在应用中受到局限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大气压微尺度低温等离子体射流发生装置,在大气压下以脉冲调制方式实现微尺度等离子体射流的激发和维持,本装置能够 在脉冲的工作期间内获得高电子温度和电子密度的等离子体的同时通过脉冲占空比的调节控制等离子体的气体温度,从而实现生物医疗中杀菌消毒和高精密微纳加工等各种不同实际应用的要求。
本发明的研究技术思路是采用脉冲调制的射频电源来激励大气压等离子体射流,通过脉冲占空比的调整来降低等离子体温度的同时在脉冲工作期间可以产生高电子密度,高电子温度的等离子体放电和高密度活性自由基的等离子体射流;还有,为了避免等离子体污染我们采用了介质阻挡放电的形态对介质管内的工作气体进行横向激励,这样相对于多数采用纵向激励电场获得等离子体射流的放电形态来说又大大降低了激发维持电压,使得电源的其它性能指标,如纹波系数等,得以提高,从而增加等离子体的稳定性;另外,本发明采用了紫外光辅助电离的方法,更加有利于在每一个放电周期中的电离激发,能够进一步降低所需的激发维持电压。
本发明的技术方案是等离子体射流在石英玻璃管1内产生,石英玻璃管内的激励电场由安放在石英玻璃管两侧相对着的位置的平板形金属电极2和3建立,在平板形金属电极的上表面和下表面上分别放置石英玻璃板5和石英玻璃板4来固定整个平板形金属电极2和3以及石英玻璃管1,在石英玻璃板4和5的外侧正对着石英玻璃管1的位置附近分别放置紫外光源8和紫外光源9使得发射的紫外光透过石英玻璃板4或5以及石英玻璃管1的管壁照射在石英玻璃管1内流过的工作气体,这样构成所述等离子体放电部件;平板形金属电极2接地,平板形金属电极3由具有脉冲调制功能的射频电源6经过网络匹配器7驱动;在石英玻璃管1的射流输出端按实际要求安装相应尺寸的射流整形喷嘴。
本发明所述大气压微尺度低温等离子体射流发生装置,射频电源6工作频率为13.56MHz的工业标准频率,脉冲调制占空比在1%到100%范围内变化; 所述石英玻璃管的内径取值范围为3微米到2毫米;所述石英玻璃管和石英玻璃板材料具有对紫外光低吸收,低散射和高透过率的光学特性。
本发明的有益效果是在常压开放的条件下获得了没有等离子体污染的物理尺寸能够比例改变的微尺度等离子体射流,而且通过调整脉冲占空比控制等离子体的气体温度,在生物医疗的杀菌消毒和高精密的微纳机械加工等诸多相关领域得到应用。
附图说明
附图是大气压微尺度低温等离子体射流发生装置结构示意图。
图中:1石英玻璃管;2平板形金属电极;3平板形金属电极;4石英玻璃板;5石英玻璃板;6射频电源;7网络匹配器;8紫外光源;9紫外光源。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
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