[发明专利]二维钛化碳在生成大气压均匀介质阻挡放电中的应用

说明书

本发明公开了一种二维材料Tisubgt;3/subgt;Csubgt;2/subgt;Tsubgt;x/subgt;在大气压空气条件下生成均匀介质阻挡放电中的应用。基于Tisubgt;3/subgt;Csubgt;2/subgt;Tsubgt;x/subgt;在生成均匀介质阻挡放电中的应用还公开了一种介质阻挡放电装置和方法。所述介质阻挡放电装置内表面设置有Tisubgt;3/subgt;Csubgt;2/subgt;Tsubgt;x/subgt;。Tisubgt;3/subgt;Csubgt;2/subgt;Tsubgt;x/subgt;表面存在Ti空位并分布有官能团，可以形成弱电子束缚态。弱电子束缚态的存在可以增大种子电子密度，从而在低频电源的条件下提升大气压空气介质阻挡放电的均匀性。

技术领域

本发明涉及一种大气压低温等离子体生成技术，具体涉及二维材料Ti₃C₂T_x在产生均匀介质阻挡放电中的应用、生成均匀介质阻挡放电的放电装置和方法。

背景技术

大气压低温等离子体宏观表现为室温，包含多种高能活性粒子，可有效应用于材料表面处理、纳米材料合成和生物医学应用等。介质阻挡放电(DBD)以其简单、有效、可扩展性(scalability)的特点，是非常具有工业应用前景的低温等离子体生成方法。然而，由于空气中包含电负性的氧分子，它可以减小亚稳态氮分子含量，吸附自由电子，导致放电空间种子电子密度降低。通常大气压空气条件下DBD放电表现为丝状放电模式，影响处理效果，甚至会对被处理物产生影响。

为了改善等离子体的均匀性，DBD大多在低气压或依赖稀有气体的情况下运行。这带来了一些局限性，如较高的经济成本，和被处理物需可适用于真空环境。为了获得大气压空气条件下的均匀DBD，人们已经进行了许多研究。研究发现，大气压DBD的放电特性主要取决于电子雪崩的发展状况，这是由其时间尺度和空间尺度决定的。近年来，纳秒脉冲电源的使用由于可以控制电子雪崩的发生时间，实现了具有更好均匀性的弥散放电。然而，纳秒脉冲电源价格昂贵且功率受限，这影响了其工业应用。此外，由于容性负载和纳秒级别电压上升时间，纳秒脉冲电源的放电特性容易受到特定电极结构的影响，且不适用于大功率工业应用。

低频电源(如小于50kHz)是大气压空气DBD大规模应用的可能选择。然而，低频电源的电压脉冲不能在时间尺度上抑制电子雪崩的过度发展，放电容易转化为丝状放电。空气中电子与气体分子碰撞的平均自由路径只有68纳米，大部分大气压空气DBD均表现为明显的丝状放电形式。

已有研究发现，不均匀电场分布的形成有利于调节DBD的均匀性。此外，低频电源条件下，已证明增大种子电子密度可以极大改善大气压空气DBD均匀性。电介质表面的浅位阱对大气压空气均匀DBD的产生起到了关键作用。在此结果的基础上，Luo采用特殊的氧化铝陶瓷提供种子电子，实现了空气条件下的较弱的均匀汤森放电。然而，介质阻挡材料(如陶瓷、聚四氟乙烯(PTFE)、石英)表面的浅位阱可能会退化，且在放电过程中受到其他因素的影响，无法维持可工业应用的稳定的均匀放电。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种低频电源条件下Ti₃C₂T_x在生成大气压空气均匀DBD中的应用和基于Ti₃C₂T_x的均匀DBD生成装置和方法，以解决现有大气压空气中实现均匀DBD相对较难的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明一方面提供了二维材料Ti₃C₂T_x在大气压空气条件下生成均匀介质阻挡放电中的应用；其中，所述Ti₃C₂T_x的表面存在Ti空位和官能团。