[发明专利]一维纳米结构极化增强放电电极

说明书

技术领域

本发明涉及一种放电电极，尤其涉及一种电场极化增强的放电电极。

背景技术

等离子体是由带电粒子、基态中性粒子、亚稳态中性粒子和激发态中性粒子组成的，其物质输运过程、能量输运过程、电磁辐射过程和带电粒子动量转移过程在许多领域有重要应用，例如等离子体材料加工、激光光源、等离子体混合、电子-离子源、等离子体控制等。利用气体放电产生等离子体是一种最为常见的等离子体产生方法，具有装置简单、等离子体参数可控性较高等优势。气体放电一般是指在电场作用下使气体电离，形成能导电的电离气体，即等离子体。常规的做法是在一对电极(阴极和阳极)之间产生高场强的电场以使电极之间的气体被电离，形成等离子体。常用的等离子体生成方法可以分为两大类，即直流放电和交流放电。其中，直流放电包括直流辉光放电、空心阴阴放电、直流脉冲放电、电弧放电和磁控管放电，交流放电包括电容耦合放电、感应耦合放电、介质阻挡放电、微波放电和表面波放电。而无论采用哪种放电模式产生等离子体，设计合适的电极都是重要的。

随着纳米技术的发展，实验研究发现，可以利用一维纳米结构制作电极或者修饰电极以用于电离气体(或液体)，产生等离子体。这一方法能够降低气体放电的操作电压，从而使等离子体供电装置能被继续简化。目前这一技术被广泛用于电离传感器这一电子器件的研发领域。其中的一维纳米结构是指具有较大长径比的类似棒状、带状、管状和/或线状的纳米结构，一般其横向线径小于100nm。常用的一维纳米结构例如碳纳米管、氧化锌纳米线、氧化锡纳米条带等。

我们发现在这一技术的公开文献中，主要是将一维纳米结构引入到空洞电极的电极空腔结构中，或者是将一维纳米结构设置在阴极和阳极的表面。例如将碳纳米管引入空洞阴极，形成由碳纳米管这种很有代表性的一维纳米材料作为空洞阴极的空洞阴极放电等离子体器件，这种器件可以提高器件作为等离子体源的性能，例如可以降低工作电压、提高光辐射产额。再例如将一维纳米结构被设置在阴、阳金属电极的表面，其发明人认为这一设置具有降低场致电离工作电压的作用。但是，我们发现在上述这些设置中，一维纳米结构是作为电极的一部分而直接地与等离子体发生相互作用的，这样，一维纳米结构在工作中将很容易受到粒子轰击、焦耳热和电磁辐射等效应的影响而发生变质，甚至导致其损伤失效。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种电场极化增强的放电电极，在使用一维纳米结构增强电场极化的同时减少以至避免产生的等离子体对一维纳米结构的损伤。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种电场极化增强的放电电极，其使用一维纳米结构构成的增强电场极化的结构，且其工作时能减少以至避免其产生的等离子体对一维纳米结构的损伤。

为实现上述目的，本发明提供了一种电场极化增强的放电电极，包括阴极和阳极，其特征在于，所述阴极和所述阳极之间设置有电场极化增强结构，所述电场极化增强结构由一维纳米结构构成，所述电场极化增强结构与所述阴极和所述阳极皆不接触。

进一步地，所述电场极化增强结构是单个的所述一维纳米结构或多个所述一维纳米结构的排列。

可选地，所述一维纳米结构是半导体材料的纳米带、纳米线、纳米棒、纳米针或纳米管。

进一步地，所述一维纳米结构的表面覆盖有导体材料的薄膜、纳米颗粒或比所述一维纳米结构小的一维纳米结构；或者所述一维纳米结构的表面覆盖有绝缘材料的薄膜、纳米颗粒或比所述一维纳米结构小的一维纳米结构；或者所述一维纳米结构的表面覆盖有绝缘材料的薄膜，所述绝缘材料的薄膜的表面覆盖有导电材料的薄膜、纳米颗粒或比所述一维纳米结构小的一维纳米结构；或者所述一维纳米结构的表面覆盖有半导体材料的薄膜或纳米颗粒，所述半导体材料的薄膜或纳米颗粒的表面覆盖有半导体材料的比所述一维纳米结构小的一维纳米结构；或者所述一维纳米结构的表面覆盖有导体材料的薄膜，所述导体材料的薄膜的表面覆盖有绝缘材料的薄膜。

可选地，所述一维纳米结构是导体材料的纳米带、纳米线、纳米棒、纳米针或纳米管。

进一步地，所述一维纳米结构的一个端部的表面覆盖有半导体材料的薄膜，所述半导体材料的薄膜的表面覆盖有半导体材料的薄膜；或者所述一维纳米结构的一个端部的表面覆盖有绝缘材料的薄膜。

可选地，所述一维纳米结构是绝缘材料的纳米带、纳米线、纳米棒、纳米针或纳米管，所述一维纳米结构的表面覆盖有导体或半导体材料的薄膜、纳米颗粒或比所述一维纳米结构小的一维纳米结构。