[发明专利]大气压下开放式单极射频低温等离子体发生装置

说明书

技术领域

本发明属于气体放电和等离子体应用技术领域，具体涉及一种大气压下开放式单极射频低温等离子体发生装置。

背景技术

在医学和食品领域，灭菌消毒方法及装置应用广泛，传统灭菌消毒方法及装置已经不能满足现代医学和食品领域的需求，大气压下开放式单极射频低温等离子体发生装置应运而生。与常规的灭菌装置相比，因为该装置可在大气压、低电压条件下产生低温等离子体，对细菌进行灭除，而不需要在复杂的且昂贵的真空或低压密闭容器进行灭菌和产生高温对细菌进行灭除，所以大气压下开放式单极射频低温等离子体发生装置的应用前景广阔。

等离子体作为物质的第四态，广泛地存在于宇宙中，如远离地球表面的电离层，各种星体等。然而在地球上等离子体必需通过实验手段来获得。等离子体还可以通过对气体加热、外加电场或辐射的方法来获得，其中通过外加电场放电是获得等离子体的主要途径。通过电场产生等离子体的方法有直流放电、工频放电、射频放电、微波放电等。直流放电和工频放电产生等离子体需要施加极高的电压，而微波放电产生的等离子体具有过高能量密度和过高的宏观温度。射频放电产生等离子体所需施加的电压较低，且射频放电能产生能量密度适中和温度较低的等离子体，此外射频电流较直流电流和工频电流对人体产生电学伤害的电流阈值大，因此射频放电产生的等离子体能满足医学和食品领域上对等离子体的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在大气压、低电压，产生宏观温度低、粒子能量密度适中的等离子体的大气压下开放式单极射频低温等离子体发生装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括依次相连的用于提供射频功率输出的射频电源、测量并显示前向和反射功率的双向功率表、实现整个系统阻抗匹配的阻抗匹配网络和电极接头，金属电极安装在电极接头上，金属电极采用单放电端电极或者多放电端电极，且金属电极为圆柱形电极，其直径为0.2mm～1.5mm，金属电极分为绝缘部分和放电部分，在金属电极的末端设置有气体供给系统，放电部分绝缘部分外周涂有绝缘涂层，绝缘涂层的厚度为0.01mm～0.1mm，放电部分裸漏在空气中，发生放电产生等离子体，所产生等离子体围绕着电极呈圆柱状。

所述的阻抗匹配网络采用L型匹配网络。

所述的气体供给系统提供的气体为氦气，氦气在金属电极的末端放电部分与空气混合形成放电工作气体。

由于普通的等离子体放电采用的双极放电机构，其空间结构固定，作用于待处理物时因为结构固定有一定的缺陷。而本发明采用的单极放电结构能很好的规避这种缺陷，它是以周围物体作为对应的电极，从而产生等离子体作用于待处理物。

附图说明

图1是本发明单极电容耦合放电简图；

图2是本发明的整体结构示意图，其中图2(a)是单放电端金属电极的结构示意图，图2(b)是多放电端金属电极的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，2，本发明包括射频电源1、双向功率表2、阻抗匹配网络3、电极接头4、金属电极5和气体供给系统。射频电源1提供射频功率输出；双向功率表2测量并显示前向和反射功率；阻抗匹配网络3实现整个系统的阻抗匹配，采用了使用较少分立元件稳定性较高的L型匹配网络，匹配网络由可调电容和电感构成；电极接头4用来连接金属电极5，保证射频功率传输到金属电极5；金属电极是整个等离子体发生装置中的核心部件，是等离子体的载体，采用了单极放电结构，具有结构简单的优点，另一方面因其开放式结构，使得容易作用于待处理物；气体供给系统为本发明提供一定流量的氦气，氦气在金属电极5的末端放电部分与空气混合形成放电工作气体。

本发明该通过电极接头4连接金属放电电极5，金属电极5为单放电端电极(见图2a)或者多放电端电极(见图2b)，两种形式都能放电产生等离子体，所采用的金属电极为圆柱形电极，直径为0.2mm～1.5mm。电极分为绝缘部分5-1和放电部分5-2，绝缘部分5-1外周涂有绝缘涂层，保证其不会发生放电，绝缘涂层的厚度为0.01mm～0.1mm，绝缘涂层的长度可以根据实际应用的需要进行调节；放电部分5-2没有绝缘涂层，裸漏在空气中，可以发生放电，产生等离子体，所产生等离子体围绕着电极呈圆柱状。

在射频功率的作用下，氦气与空气在金属电极末端的混合气体被激发产生放电，形成低温等离子体。大气压下低温微离子体可以广泛应用于牙科龋齿等复杂环境下的医疗灭菌消毒、皮肤表面等大面积灭菌消毒、美容微创手术的医疗灭菌消毒和细胞级手术等医疗应用，以及食品保鲜等领域。