[发明专利]一种大气压低温等离子体射流发生器

说明书

技术领域

一种大气压低温等离子体射流发生器属于常压介质阻挡放电等离子体技术领域。

背景技术

大气压低温等离子体射流发生器是近年来兴起的一种新的大气压低温等离子体放电技术，利用气流和电场的作用使放电区域产生的等离子体从喷管或孔口中喷出，在无固体边界约束的外界气体环境中作朝向工作区域的定向流动形成等离子体射流，在航天、环境、生物医学、材料表面处理、食品保鲜、消毒杀菌、废水处理等领域应用广泛。大气压低温等离子体射流源种类繁多，其中采用介质阻挡结构的大气压低温等离子体射流技术因其具有结构简单、运行稳定、作用距离长、活性物种种类多、数量大等特点，在现阶段蓬勃开展的材料表面改性、生物医学(辅助伤口治疗、血液凝结、牙齿根管治疗、杀灭癌细胞、消毒杀菌、各种皮肤病治疗)、环境治理(空气净化与污染的防治、污水处理)等领域具有独特的技术优势和良好的应用前景。

1.材料的改性与表面处理

生物材料长期与人体接触时，必须充分满足与生物体环境的相容性，即生物体不与之发生任何不良生物反应。这些都取决于材料表面与生物体环境的相互作用。目前，对生物材料表面进行处理达到改善材料表面性能的常用方法有化学湿法处理、光化学法处理、紫外辐射以及等离子体处理等。其中化学湿法实践过程中多使用一些有毒的化学试剂，不仅严重污染环境，对人体也有极大的危害。而光化学法以及紫外辐射法等处理技术受射线能量限制，其处理效果较难控制。与其相比，大气压低温等离子体射流表面处理技术对材料表面的作用深度仅数百埃，不会影响基体材料的性质，并且可以处理各种形状的材料表面，具有工艺简单、操作简便、易于控制、无污染等优点。除了对生物材料的改性外，介质阻挡放电等离子体还用于聚合物材料(聚四氟乙烯、聚乙烯)、纤维材料(羊毛纤维、聚乙烯纤维、大豆纤维涤纶和丙纶)、木材、无机金属、非金属材料、航空材料、纳米材料等材料的改性处理。

2.生物医学

在医学领域，目前多采用药物治疗各种疾病，随着低温等离子体的发展，应用领域的逐渐扩大，众多研究人员将其应用在医学领域。其主要研究的是等离子体对生物体(病毒、细菌、细胞、组织、器官、皮肤等)的作用效应。等离子体对生物体的作用是通过等离子体所产生的各类自由基(其寿命从ns到s量级)、带电粒子、紫外线、激发态粒子等对生物体从分子层面的综合作用来实现的。迄今为止等离子体在医学上应用及研究最多的方面为细菌灭活的研究，开发了除垢消毒、皮肤病的治疗、牙齿根管治疗、手术伤口消毒等医疗器械。研究结果表明，等离子体对于病菌(革兰阴氏菌、革兰阳氏菌、细菌孢子、细菌生物膜、真菌等)都具有灭活能力。同时应用等离子体对癌细胞杀灭的研究表明，适量的等离子体处理能够促进癌细胞凋亡，且不会对周围的正常细胞产生明显的伤害。等离子体还能促进细胞分化和伤口愈合，应用空气或惰性气体产生的等离子体射流接触空气时，都会生成与细胞内部天然存在类似的活性氧成分(ROS)和活性氮成分(RNS)，这些活性粒子是等离子体医学应用中的关键成分，其作用于动物细胞和组织时，刺激细胞和组织产生一系列的生理生化反应，从而达到临床治疗的效果；采用介质阻挡放电等离子体对皮肤特别是伤口的直接处理，在消毒灭菌的同时实现刺激细胞分化和促进伤口的愈合。在研究者实验过程中，发现等离子体能与血细胞和血液中的其它成分发生化学反应，促进伤口血液凝固。因此介质阻挡放电等离子体技术在生物医学上具有不可替代的作用。

3.环境治理

随着目前环境形势的日益严峻，各种环境治理的技术应运而出。环境治理主要是两大方面，空气和水源。在各种方法中，大气压低温等离子体技术以它安全性高、电极寿命长、处理范围广、效率高、净化速率快等优点，得到了研究者的广泛关注。这一技术将高能电子轰击、O₃氧化、紫外光解等多种处理技术集合于一体，使环境治理效率更高、经济性更好，同时由于不采用过滤网、化学试剂等方法治理污染物，不会产生对环境的二次污染。