[发明专利]一种抑制丝状放电的方法以及电极结构

说明书

技术领域

本发明属于气体放电技术领域，涉及一种大气压辉光放电等离子体生成过程中抑制丝状放电的方法，以及基于该方法的电极结构。

背景技术

大气压辉光放电技术是目前气体放电领域的研究热点。辉光放电生成的等离子体属于低温等离子体范畴。辉光放电生成等离子体过程中会出现大量的高能粒子，这些高能粒子具有很强的灭菌消毒性能，其温度低，灭菌效率高的特点尤其适合对精密医疗器械等精密非耐热器件进行消毒灭菌，相对传统的高温等灭菌方法具有很多优势。辉光放电生成等离子体过程中还会出现大量的化学自由基，在高分子处理、材料表面改性等领域具有广阔的应用前景。不仅如此，辉光放电等离子体具有能量适中、分布均匀的特点，所以加工过程中作用均匀，不易损伤物品，在镀膜等应用场合表现出了突出的优越性。

但是，目前辉光放电等离子体还大多在低气压或者惰性气体环境下大量稳定的生成。在大气压空气中，还不能完全生成辉光放电等离子体，这严重制约了其在工业上的大规模应用。大气压空气中辉光放电等离子体生成技术的难点就在于生成过程中极易出现丝状放电现象，使生成的等离子体的电流过大，而且能量集中在几个通道里，容易损伤处理的物品。所以大气压辉光放电等离子体生成很重要的一项技术就是如何抑制丝状放电现象的发生。

通过专利搜索网站CNIPR中外专利数据服务平台(http://search.cnipr.com/)查询相关专利，在该网站的搜索页面中，采用分类导航的搜索方式在主搜索页面左侧的“IPC分类导航中”找到“电类”然后找“其他类目不包括的电技术”然后找“等离子体技术”再找“等离子体生成”，共找到190多篇相关专利。逐一查阅后，未发现与本人所申请专利有所重复。已有专利在辉光放电等离子体生成过程中只有少数专利涉及到了丝状放电抑制的方法，多采用在放电电路中加入介质阻挡材料、限流电阻，以及改进电路使得电流过大时切断电路等方式。

与低气压放电相比，由于大气压放电的气体压力高，从非平衡等离子体很容易向热平衡等离子体转换，它的转化时间非常短。为了产生大尺度非平衡大气压等离子体，通常采用两种方法，一种方法是采用微放电阵列来增加表面-体积比，从而使放电远离热动力学平衡；另一种方法是采用脉冲激发，使放电的时间比过渡过程所需要的时间还短，从而避免不稳定的发展。采用脉冲激发又可以由多种不同方式来实现，一种是直接采用脉冲高压来放电产生等离子体，这通常要求脉冲电压的宽度在亚微秒到纳秒量级。另一种方法是，虽然施加在电极两端的电压是连续的，如交流，甚至是直流，但在电极表面覆盖一层电介质，或者在放电回路中串联一大电阻，从而使得放电的电流呈现出脉冲放电的特点。此外，还可以采用上述两种方法的混合，其中一个典型的例子即为脉冲高压驱动电介质阻挡放电。但即使采用这些方法的组合，大气压辉光放电仍然出现不稳定性。

针对现有技术存在的缺陷，提出本发明。

发明内容

在大气压空气中实现辉光放电是世界性的难题，目前为止常用的是三种方法：(1)介质阻挡；(2)串联大电阻；(3)短脉冲。介质阻挡的方法是目前最常用的方法，研究也最成熟；由于作为负载的等离子体在放电前后阻抗不同，串联大电阻可以使得放电电流呈现出脉冲放电的特性；短脉冲是最理想的方式，但由于开关技术的限制，脉冲宽度很难达到纳秒级别。

以上方法都是基于双电极结构，即在电极外部要构成闭合电路。本发明打破这一常规想法，发明了新的辉光放电生成方式，即“切断”电路的回路，使用单电极结构。

本发明目的就在于提出一种可以抑制大气压辉光放电等离子体生成过程中丝状放电的方法。本发明所提出的方法新颖，放电电极结构简洁明了，即将放电电极的其中一个电极悬空电位并连接一个提供自由电子的悬空电位导体，悬空电位导体设置在两个放电电极相对的区域的外部。

基于本发明提供的上述方法，本发明还提供了依据该方法的一类可以抑制大气压辉光放电等离子体生成过程中丝状放电的电极结构形式，包括一对放电电极，放电电极的其中一个电极连接到输出电路的其中一个端口，放电电极的另一个电极电位悬空设置。

所述的悬空电位电极连接有电位悬空导体，电位悬空导体设置在两个放电电极之间的区域外。

所述的两个放电电极为采用相同形状的平板电极。

所述的放电电极中与输出电路连接的平板电极外包有绝缘介质。

所述的绝缘介质为耐高温绝缘介质的聚四氟乙烯。

所述的两个放电电极为柱-环电极结构，其中柱电极连接输出电路端口，环电极悬空设置。