一种用于实现大气压下空气中均匀辉光放电的方法

摘要

本发明属于气体放电技术领域，涉及一种用于实现大气压下空气中均匀辉光放电的方法。提出一种利用与高频(1千赫兹～100千赫兹)电容型介质阻挡放电装置无电路联系的外加等离子源为放电空间注入初始等离子体，增加放电空间的电荷浓度，实现大气压下空气中均匀辉光放电的方法。当介质阻挡放电空气间隙距离为2毫米～6毫米时，都能产生均匀的辉光放电，消除放电的细丝现象，其效果和均匀程度不受介质阻挡放电电源频率、功率、介质阻挡电极形状和面积大小的影响。

说明书

技术领域

本发明属于气体放电技术领域，涉及一种用于实现大气压下空气中均匀辉光放电的方法。

背景技术

低温等离子体表面处理可使材料表面发生多种的物理、化学变化，改变其亲水性、粘接性、可染性及电性能等等，具有广阔的工业应用前景。辉光放电产生的低温等离子体由于其功率密度适中且分布均匀，在处理一些纤维材料上具有特殊的优势，但无论是低气压下的辉光放电还是在一些特殊气体如氦气中实现的大气压下辉光放电都离不开真空装置，大大影响了流水作业的实现和生产效率的提高，增加了运行成本。高频(1千赫兹～100千赫兹)电容型介质阻挡放电是常用的辉光放电形式之一，由于空气的成分复杂，击穿场强较高，难以实现辉光放电，空气中的介质阻挡放电通常以细丝状的流注形式出现，放电的不均匀导致局部过热，限制了其在一些材料表面处理上的应用。理论研究表明，如果不采取适当的措施增加放电所需的初始电子浓度，就不能在低电场强度下引发放电，实现大气压下空气中均匀辉光放电。

发明专利96117213.4公开了一种采用主、辅放电相结合来提高这类放电装置的电能利用率的方法，其对主、辅放电电源的输出功率和频率的要求为：1)P_主＞＞P_辅2)f_主＜f_辅(P：功率，f：频率)，而随着高频电源技术的发展，通过对电源本身的改造设计已经克服了大功率高频电源效率低、结构复杂、成本高的缺点，无需辅助放电，这类放电装置的电能利用率已能达到很高的水平。但目前国内外在利用高频电容型介质阻挡放电实现大气压下空气中的辉光放电进行了多项实验研究，仍不能解决空气放电的不均匀问题，目前使用辅助放电方法也不能改变大气压下空气中介质阻挡放电的细丝现象。

发明内容

为了改进现有技术的不足，消除大气压下空气中高频(1千赫兹～100千赫兹)电容型介质阻挡放电的细丝现象，使放电的空间分布更加均匀，本发明提出一种用于实现大气压下空气中均匀辉光放电的方法。利用与介质阻挡放电装置无电路联系的外加等离子源为高频电容型介质阻挡放电空间注入初始等离子体，增加放电空间的电荷浓度，降低气体放电所需电场强度，消除放电的细丝现象，以实现大气压下空气中均匀辉光放电的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的方法是：首先，利用外加等离子源制备等离子体，将等离子体喷口平行靠近空气间隙距离为2毫米～6毫米的高频电容型介质阻挡放电装置的气体间隙，其与介质阻挡层的距离小于等于1厘米，等离子体喷射方向对准气体间隙的中心。通过等离子体喷口将等离子体在气流压力至少4个大气压，气体流量至少3立方米/分钟的气流的作用下喷入高频电容型介质阻挡放电装置的气体间隙，等离子体在气流的吹动下进入气体间隙，为介质阻挡放电持续提供初始等离子体。升高高频电容型介质阻挡放电装置的电压至气体间隙击穿，在这种强制等离子体注入影响下，介质阻挡放电所需的电场强度会降低，电极间的放电也会变得均匀和稳定。

其中，所述的外加等离子源由频率为20千赫兹交流电源和金属电极连接组成，通过逐步升高加在空气中的金属电极上的交流电压，使其产生空气中的弧光放电，来制备等离子体。

本发明的有益效果是能产生均匀的辉光放电，消除放电的细丝现象，其效果和均匀程度不受介质阻挡放电电源频率、功率、介质阻挡电极形状和面积大小的影响。

附图说明

图1为本发明方法设备配置简图

具体实施方式

本发明的具体实施方式为将用于制备等离子体的外加等离子源1、等离子体喷口2、高频电容型介质阻挡放电装置3如附图1布置，等离子体喷口2平行靠近高频电容型介质阻挡放电装置3的气体间隙，距介质阻挡放电装置3介质阻挡层的距离1厘米，等离子体喷射方向指向气体间隙的中心。外加等离子源1的金属电极11与20千赫兹的交流电源12连接，逐步升高交流电源12的电压，使金属电极11发生弧光放电产生等离子体，利用气流压力为4个大气压，气体流量为3立方米/分钟的气流将等离子体通过等离子体喷口2喷入高频电容型介质阻挡放电装置3的气体间隙，等离子体在气流的吹动下进入气体间隙，为介质阻挡放电持续提供初始等离子体，高频电容型介质阻挡放电装置3的气体间隙为4毫米，升高高频电容型介质阻挡放电装置3的电压至气体间隙击穿，即可获得大气压下空气中分布均匀的辉光放电。