[发明专利]一种等离子体射流产业应用装置和方法

说明书

本发明公开了一种等离子体射流产业应用装置和方法，该装置包括连通在一起而形成一个气体循环系统的组分注入及调节腔、放电腔、压强平衡腔和气体循环动力装置，组分注入及调节腔用于向气体循环系统内注入工作气体及气体组分的实时调节，保持工作气体组分稳定，在放电腔内生成弥散状等离子体射流，压强平衡腔用于平衡气体循环系统内的压强，气体循环动力装置用于提供气体循环的动力，重复利用工作气体，避免常规开放环境等离子体射流生成时稀有气体损耗。本发明通过在封闭系统内注入工作气体并设置气体循环动力装置，大幅降低等离子体射流生成成本，为等离子体射流产业应用提供条件。

技术领域

本发明涉及等离子体生成及应用技术领域，特别是涉及一种等离子体射流产业应用装置和方法。

背景技术

大气压等离子体射流是低温等离子体工业应用的重要方法。它通过在中空玻璃管中放置高压电极，外部设置环状金属或不设置(直接以远端地作为地电极)，并施加交流或脉冲高电压，在稀有气体作为工作气体的情况下，产生一段向外延伸的室温等离子体射流。这种射流将介质阻挡放电中的放电区域和等离子体处理区域进行分离，直接将活性物质输送到被处理物表面，适合处理各种大小和形状的物体。等离子体射流有低温、无污染、高效、可控等优点，可以对材料表面进行改性、修饰、清洗、刻蚀、沉积等处理，在集成电路制备、新材料制备、生物灭菌消毒、废弃物处理等多个领域有广泛的应用前景。

多年来，等离子体射流得到了广泛的研究和应用，然而其较高的应用成本大大限制了其在工业领域的进一步应用。为形成室温、高活性的等离子体射流，通常需要采用稀有气体(尤其是氦)作为工作气体。稀有气体的价格较高，如40L钢瓶的氦气售价在3000元左右。等离子体射流工作气体流速通常为4L/min，一瓶氦气仅可工作25小时。普通的工业应用无法负担如此高的应用成本。

为推动等离子体射流的进一步应用，国内外研究人员提出了多种方法降低等离子体射流的应用成本。如，通过改变电极结构参数、增加射流源的电压和功率等方式增加单管射流的处理面积，进而降低等离子体射流处理成本；工作气体中掺杂其他气体，降低稀有气体的消耗速率；增加射流管的数量形成射流阵列，通过扫描的方式增加单位稀有气体成本处理面积。

以上方法一定程度上提升了等离子体射流中稀有气体的利用效率，有助于其在工业中的开展。但目前等离子体射流的应用成本仍然较高，没有有效的大幅降低等离子体射流工业应用成本的方法。

发明内容

为了解决传统等离子体射流应用时对稀有气体的利用效率低、应用成本高的问题，本发明提出一种等离子体射流产业应用装置和方法。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种等离子体射流产业应用装置，包括连通在一起而形成一个气体循环系统的组分注入及调节腔、放电腔、压强平衡腔和气体循环动力装置，所述组分注入及调节腔用于向气体循环系统内注入工作气体及气体组分的实时调节，保持工作气体组分稳定，在所述放电腔内生成弥散状等离子体射流，所述压强平衡腔用于平衡气体循环系统内的压强，所述气体循环动力装置用于提供气体循环的动力，重复利用工作气体。

在一些实施例中，所述放电腔包括出口位于所述放电腔内的射流管，所述射流管的出口喷出的气体在所述放电腔的封闭空间内形成向所述射流管的出口处流动的回环气流，生成所述弥散状等离子体射流。

在一些实施例中，所述压强平衡腔设置单向阀，以维持循环系统内压强为大气压。

在一些实施例中，等离子体处理过程中，通过所述组分注入及调节腔在任意时刻通入气体，调节等离子体射流中的活性物质的种类和/或浓度，实现不同等离子体改性效果的不间断切换处理。

在一些实施例中，所述组分注入及调节腔设置有稀有气体进气口和掺杂气体进气口，还可通过前述的进气口或可通过进一步增加的进气口来进行更多种气体组分的注入及调节。