本發(fā)明屬于氣體放電等離子體生成技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種在大氣壓下產(chǎn)生低溫射流等離子體，尤其是花瓣式輝光放電射流等離子體生成結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

相比于傳統(tǒng)的氣體放電等離子體，大氣壓低溫射流等離子體的最大優(yōu)勢(shì)在于等離子體被噴射出放電區(qū)域，操作人員無(wú)需接觸高壓電極，使用的安全性大大提高。此外，大氣壓低溫射流等離子體的生成裝置擺脫了昂貴的真空系統(tǒng)，且該類射流型等離子體的焦耳發(fā)熱較低，電能幾乎都用于等離子體中粒子活性的激發(fā)，在一定的條件下(如高壓電極與外部正弦高壓電壓通過(guò)rc網(wǎng)絡(luò)相連接，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻或電容的大小，調(diào)節(jié)等離子體射流的功耗、電流和溫度)，產(chǎn)生的等離子體溫度可以接近室溫。大氣壓低溫射流等離子體作為一種新型的大氣壓等離子體放電技術(shù)，具有射流溫度低、活性粒子種類多等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于材料表面處理、生物醫(yī)學(xué)（輔助傷口治療、血液凝結(jié)、牙齒根管治療、殺滅癌細(xì)胞、消毒殺菌、各種皮膚病治療）、環(huán)境治理(空氣凈化與污染的防治、污水處理)等領(lǐng)域。

而大氣壓輝光放電射流等離子體是一種典型的低溫等離子體，其不用通過(guò)復(fù)雜的如rc網(wǎng)絡(luò)的控制就可以使放電電流在毫安級(jí)別，產(chǎn)生的射流等離子體溫度接近室溫，可以直接接觸人體而對(duì)人體沒(méi)有任何傷害，提高了射流等離子體在工業(yè)生產(chǎn)尤其是生物醫(yī)學(xué)中應(yīng)用的安全性與可靠性；另外，大氣壓輝光放電射流等離子體放電比較均勻，從而使被處理物處理的均勻性大大提高，可以有效的提高工業(yè)生產(chǎn)的效率。

現(xiàn)有技術(shù)中，大氣壓低溫射流等離子體大多是在惰性氣體（氦氣和氬氣為主）中生成的，絕大多數(shù)低溫射流等離子體生成裝置都能夠在大氣壓下利用惰性氣體（氦氣和氬氣為主）產(chǎn)生低溫射流等離子體。但是惰性氣體價(jià)格昂貴，生產(chǎn)成本高，不利于實(shí)際應(yīng)用。因此，研究如何大氣壓下利用成本低廉的非惰性氣體（氮?dú)夂涂諝鉃橹鳎┥傻蜏厣淞鞯入x子體尤其是輝光放電射流等離子體成為了當(dāng)前技術(shù)的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中有形式各樣的在大氣壓下利用惰性氣體產(chǎn)生低溫射流等離子體或者輝光放電射流等離子體的裝置，且在一般情況下，能夠在大氣壓下利用氮?dú)夂涂諝獾确嵌栊詺怏w產(chǎn)生低溫射流等離子體或輝光放電射流等離子體的裝置都能夠在大氣壓下利用惰性氣體產(chǎn)生低溫射流等離子體或者輝光放電射流等離子體，這里只對(duì)比了幾種典型的能夠在大氣壓下利用氮?dú)夂涂諝獾确嵌栊詺怏w形成低溫射流等離子體的實(shí)例：

（1）微孔陰極放電（英文簡(jiǎn)稱mhcd）

微孔陰極放電（英文簡(jiǎn)稱mhcd），因其能夠在大氣壓下利用氮?dú)饣蛘呖諝猱a(chǎn)生低溫射流等離子體而成為近年來(lái)研究者們關(guān)注的熱點(diǎn)。

典型氮?dú)獾蜏厣淞鞯入x子體生成裝置如圖1所示，由hong等人研制。hongyc,uhmhs.microplasmajetatatmosphericpressure[j].appliedphysicsletters,2006,89(22):1504-221504.中，hong的氮?dú)馍淞魃裳b置包括介質(zhì)容器01，置于介質(zhì)容器01中且用直徑和厚度分別為20毫米和3毫米的圓形鋁片制成的高壓電極02和接地電極03，位于兩個(gè)電極中央，直徑為500微米的通氣孔04；將兩電極隔開(kāi)的一個(gè)厚度為1.5毫米的絕緣介質(zhì)板05（介質(zhì)板05中心有與通氣孔03直徑相同且對(duì)齊的圓孔）。當(dāng)施加工作電源（交流電源）06和通入工作氣體（氮?dú)猓?7時(shí)，該裝置能在外部空間中產(chǎn)生長(zhǎng)達(dá)6.5厘米的氮?dú)馍淞鞯入x子體08，同時(shí)實(shí)驗(yàn)表明距離噴口2厘米處的射流氣體溫度接近于室溫。但是高壓電極02和接地電極03都與射流等離子體08直接接觸，易發(fā)生弧光放電，且射流等離子體在經(jīng)過(guò)2厘米以后的距離之后溫度才降為室溫，對(duì)于一些生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用（如牙齒清洗、根管治療以及傷口輔助愈合等）不能確保安全。

類似的還有在nitl,dingf,zhuxd,etal.coldmicroplasmaplumeproducedbyacompactandflexiblegeneratoratatmosphericpressure[j].appliedphysicsletters,2008,92(24):241503-241503-3.中所描述的裝置，也存在上述不安全的問(wèn)題。

氮?dú)馍淞鞯入x子體生成裝置的工作氣體有的可以是空氣，有的則不可以；但空氣射流等離子體生成裝置的工作氣體可以是氮?dú)狻＿@是因?yàn)榭諝庵杏醒鯕猓鯕馐请娯?fù)性氣體，具有很強(qiáng)的吸附電子的能力，所以空氣比氮?dú)獾蜏厣淞鞯入x子體更難形成，且空氣射流長(zhǎng)度比氮?dú)馍淞鏖L(zhǎng)度短。但空氣為混合氣體，其化學(xué)活性較強(qiáng)，活性粒子較多，且廣泛存在于大氣環(huán)境中，有利于應(yīng)用于不同領(lǐng)域。有學(xué)者也利用微孔陰極放電在大氣壓下產(chǎn)生了空氣的射流等離子體。如，hongyc,uhmhs.airplasmajetwithhollowelectrodesatatmosphericpressure[j].physicsofplasmas,2007,14(5).、hongyc,kangws,hongyb,etal.atmosphericpressureair-plasmajetevolvedfrommicrodischarges:eradicationofe.coliwiththejet[j].physicsofplasmas(1994-present),2009,16(12):123502.、mohamedaah,kolbjf,schoenbachkh.lowtemperature,atmosphericpressure,directcurrentmicroplasmajetoperatedinair,nitrogenandoxygen[j].theeuropeanphysicaljournald,2010,60(3):517-522.、kimk,choijd,hongyc,etal.atmospheric-pressureplasma-jetfrommicronozzlearrayanditsbiologicaleffectsonlivingcellsforcancertherapy[j].appliedphysicsletters,2011,98(7):3701-073701.等。但其所描述裝置的射流孔徑都在亞毫米級(jí)別，形成的等離子體面積小，不利于實(shí)際應(yīng)用。

總之，微孔陰極放電雖然能夠在大氣壓下利用非惰性氣體產(chǎn)生低溫射流等離子體，但是由于其裝置的孔徑都在亞毫米級(jí)別，形成的射流等離子體面積小，且噴射出的等離子體在經(jīng)過(guò)一段距離之后才降為室溫，另外，其放電的高壓電極大多都是裸露的，又這又加大了其使用時(shí)的安全隱患。這些因素都成為了當(dāng)前微孔陰極放電的主要缺陷。

（2）帶懸浮電極的低溫射流等離子體生成裝置

除了微孔陰極放電，還有學(xué)者研制的一些帶懸浮電極的低溫射流等離子體生成裝置也能夠在大氣壓下利用非惰性氣體（氮?dú)夂涂諝鉃橹鳎┊a(chǎn)生低溫射流等離子體。如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00810236697.7中描述的射流等離子體生成裝置如圖2所示，該裝置包括工作電源6，空心管狀高壓電極2，通氣孔4，連接于電源和高壓電極之間的用于限制放電電流的電容9和電阻10。工作時(shí)，工作氣體7從通氣孔4的一側(cè)通入，施加電壓后，經(jīng)連接于電源和高壓電極之間的電容9和電阻10的限流作用而產(chǎn)生符合安全標(biāo)準(zhǔn)的低溫射流等離子體8。很顯然，該裝置的結(jié)構(gòu)只有接高壓的單電極結(jié)構(gòu)，沒(méi)有接地電極，這本身就存在一定的安全隱患，即使其采用相應(yīng)的rc網(wǎng)絡(luò)來(lái)保證安全，但由于rc值固定且整個(gè)裝置的使用都是在高壓環(huán)境下進(jìn)行，一旦rc網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障或者相應(yīng)的放電條件發(fā)生變化就容易發(fā)生弧光放電，形成危險(xiǎn)，另外，帶懸浮電極的低溫等離子體射流裝置所產(chǎn)生的低溫等離子體還有放電不均勻的問(wèn)題。

類似的裝置還有wusq,luxp,xiongzl,etal.atouchablepulsedairplasmaplumedrivenbydcpowersupply[j].plasmascience,ieeetransactionson,2010,38(12):3404-3408、中國(guó)專利201320361376.6等都存在這些缺陷。

（3）大氣壓陣列式低溫射流等離子體生成結(jié)構(gòu)

鑒于上述射流等離子體生成結(jié)構(gòu)的管狀內(nèi)徑都在亞毫米級(jí)別，產(chǎn)生的等離子體面積小，為了獲得相對(duì)大面積的低溫射流等離子體，有人提出了大氣壓陣列式低溫射流等離子體生成結(jié)構(gòu)，但該結(jié)構(gòu)采用線性排列，而研究結(jié)果表明線性排列的射流之間會(huì)相互干擾，導(dǎo)致產(chǎn)生的射流不均勻，且放電形式已經(jīng)超出了輝光放電的范疇，單孔放電也不均勻。又有人提出旋轉(zhuǎn)式多孔低溫射流等離子體生成結(jié)構(gòu)。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01310250837.7中，描述了一種旋轉(zhuǎn)式多孔低溫射流等離子體生成結(jié)構(gòu)，其在單孔為亞毫米級(jí)別的情況下設(shè)置了多孔陣列旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，獲得了相對(duì)大面積的射流等離子體，但其單孔內(nèi)徑依然為亞毫米級(jí)別，其放電形式也不是輝光放電。為了獲得低溫等離子體，其必須在高壓電源與高壓電極之間設(shè)置相匹配的復(fù)雜的rc網(wǎng)絡(luò)來(lái)限制相應(yīng)的射流等離子體的電流來(lái)控制射流等離子體的溫度，且其高壓電極與通氣孔平行設(shè)置，在一些實(shí)際應(yīng)用中（如生物醫(yī)學(xué)中皮膚病的治療，牙齒根管治療等方面），通氣孔出口端部絕緣存在很大的安全隱患。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種在大氣壓下產(chǎn)生低溫射流等離子體，尤其是輝光放電射流等離子體的一種射流等離子體的花瓣式生成結(jié)構(gòu)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)很難在大氣壓下利用非惰性氣體產(chǎn)生大孔徑和大面積的輝光放電射流等離子體的世界級(jí)技術(shù)難題。

另外，本發(fā)明的所有放電電極都位于良好的絕緣介質(zhì)內(nèi)部，產(chǎn)生的射流等離子體屬于輝光放電的范疇，可以有效解決現(xiàn)有等離子體射流裝置存在的電極不安全和放電不均勻的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種花瓣式輝光放電射流等離子體生成結(jié)構(gòu)，包括一介質(zhì)容器101，介質(zhì)容器101為圓柱體形，介質(zhì)容器101間距設(shè)有第一接地電極102和第二接地電極103，第一接地電極102和第二接地電極103之間環(huán)形陣列均布開(kāi)設(shè)有兩個(gè)以上的通孔104；第一接地電極102和第二接地電極103設(shè)有2個(gè)以上的高壓電極105，高壓電極105穿過(guò)所有通孔104并與通孔104截面呈交叉設(shè)置；第一接地電極102和第二接地電極103通過(guò)接地接線端子與工作電源連接；高壓電極105通過(guò)高壓接線端子與工作電源連接；工作氣體（107）通過(guò)通孔（104）通入，在通孔（104）內(nèi)的強(qiáng)電場(chǎng)作用下發(fā)生輝光放電，由工作氣體（107）產(chǎn)生的等離子體在氣流和電場(chǎng)的共同作用下在通孔（104）的出口處噴射形成輝光放電射流等離子體（108）。

其中，所述第一接地電極102和第二接地電極103為與介質(zhì)容器101同心設(shè)置的柱形圓環(huán)。

或者，所述第一接地電極102和第二接地電極103為環(huán)形設(shè)置的與介質(zhì)容器101同軸向的圓柱體形。

所述通孔104容納有與外部工作氣體管道連通的空氣管道109。

所述高壓電極105為與圓柱體形的介質(zhì)容器101同心圓環(huán)形或多邊形。

所述介質(zhì)容器101為絕緣材料，選自聚四氟乙烯、硅橡膠、石英玻璃、玻璃、陶瓷或環(huán)氧乙烯的一種。

所述高壓電極105采用鎢、銅、鋁或不銹鋼導(dǎo)電性能好的金屬材料或者碳纖維制成的裸導(dǎo)體。

所述高壓電極105為有絕緣層包裹的導(dǎo)線，所述絕緣層材料選自聚四氟乙烯、硅橡膠，石英玻璃，玻璃，陶瓷或環(huán)氧乙烯的一種。

所述第一接地電極102和第二接地電極103為鎢、銅、鋁或不銹鋼導(dǎo)電性能好的金屬材料或者碳纖維。

所述第一接地電極102和第二接地電極103為有絕緣層包裹的導(dǎo)線，所述絕緣層材料選自聚四氟乙烯、硅橡膠，石英玻璃，玻璃，陶瓷或環(huán)氧乙烯的一種。

所述工作氣體107為氦氣、氬氣、氮?dú)狻⒀鯕狻⒖諝狻⒒旌蠚怏w、氣態(tài)化合物或氣態(tài)有機(jī)物。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明利用所述通孔與所述高壓電極之間的最小間隙所形成的最大場(chǎng)強(qiáng)點(diǎn)產(chǎn)生初始電子，從而有效降低整個(gè)裝置放電的起始放電電壓；考慮電場(chǎng)強(qiáng)度在介質(zhì)分界面上的折射規(guī)律，利用所述絕緣介質(zhì)介質(zhì)容器和通氣孔之間形成的弧形不均勻特點(diǎn)，使空間電場(chǎng)分布較均勻從而有利于產(chǎn)生均勻的輝光放電等離子體，避免放電向絲狀放電和弧光放電的轉(zhuǎn)變；在氣流等其他因素的共同作用下，在通氣孔的出口處生成穩(wěn)定均勻的輝光放電射流等離子體，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中在大氣壓下利用非惰性氣體生成大孔徑的輝光放電射流等離子體的技術(shù)難題；作為本發(fā)明的一種改進(jìn)方案，在相同的技術(shù)條件下，多個(gè)通氣孔可以并列放置，能夠產(chǎn)生大面積的非惰性氣體輝光放電射流等離子體，從而能夠使等離子體中的活性粒子得到充分利用，在材料處理和生物應(yīng)用中得到更加廣泛的應(yīng)用推廣。

進(jìn)一步地，實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明除了可以在大氣壓下利用惰性氣體（主要是氦氣和氬氣）產(chǎn)生大孔徑的輝光放電射流等離子體，還可以在大氣壓下利用非惰性氣體（主要是氮?dú)夂涂諝猓┊a(chǎn)生大孔徑的輝光放電射流等離子體，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)的難題。

附圖說(shuō)明

當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過(guò)參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，其中：

1、圖1是現(xiàn)有技術(shù)中典型的氮?dú)馍淞鞯入x子體生成裝置示意圖；

2、圖2是現(xiàn)有技術(shù)中典型的帶懸浮電極的低溫射流等離子體生成裝置；

3、圖3是本發(fā)明的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

4、圖4是本發(fā)明的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)效果圖。

5、圖5是本發(fā)明的實(shí)施例1的橫剖面圖。

6、圖6是本發(fā)明的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

實(shí)施例1：

圖3是本發(fā)明的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例1的橫剖面圖；圖5中略去了容納有與外部工作氣體管道連通的空氣管道，取其中2個(gè)通孔的橫剖面圖，如圖3、圖4、圖5所示，包括一介質(zhì)容器101，介質(zhì)容器101為圓柱體形，介質(zhì)容器101間距設(shè)有第一接地電極102和第二接地電極103，第一接地電極102和第二接地電極103之間環(huán)形陣列均布開(kāi)設(shè)有兩個(gè)以上的通孔104；第一接地電極102和第二接地電極103設(shè)有2個(gè)以上的高壓電極105，高壓電極105穿過(guò)所有通孔104并與通孔104截面呈交叉設(shè)置；第一接地電極102和第二接地電極103通過(guò)接地接線端子與工作電源連接；高壓電極105通過(guò)高壓接線端子與工作電源連接；工作氣體（107）通過(guò)通孔（104）通入，在通孔（104）內(nèi)的強(qiáng)電場(chǎng)作用下發(fā)生輝光放電，由工作氣體（107）產(chǎn)生的等離子體在氣流和電場(chǎng)的共同作用下在通孔（104）的出口處噴射形成輝光放電射流等離子體（108）。

所述第一接地電極102和第二接地電極103為與介質(zhì)容器101同心設(shè)置的柱形圓環(huán)。所述通孔104容納有與外部工作氣體管道連通的空氣管道109。所述高壓電極105為與圓柱體形的介質(zhì)容器101同心圓環(huán)形。

其中，通孔104內(nèi)徑為3.5毫米，介質(zhì)容器101為絕緣材料，選自聚四氟乙烯、硅橡膠、石英玻璃、玻璃、陶瓷或環(huán)氧乙烯的一種。高壓電極105采用鎢、銅、鋁或不銹鋼導(dǎo)電性能好的金屬材料或者碳纖維制成的裸導(dǎo)體。高壓電極105為有絕緣層包裹的導(dǎo)線，所述絕緣層材料為聚四氟乙烯、硅橡膠，石英玻璃，玻璃，陶瓷或環(huán)氧乙烯。第一接地電極102和第二接地電極103為鎢、銅、鋁或不銹鋼導(dǎo)電性能好的金屬材料或者碳纖維。第一接地電極（102）和第二接地電極（103）為有絕緣層包裹的導(dǎo)線，絕緣層材料為聚四氟乙烯、硅橡膠，石英玻璃，玻璃，陶瓷或環(huán)氧乙烯。工作氣體107為氦氣、氬氣、氮?dú)狻⒀鯕狻⒖諝狻⒒旌蠚怏w、氣態(tài)化合物或氣態(tài)有機(jī)物。

實(shí)施例2：

如圖5所示，本發(fā)明的一種花瓣式輝光放電射流等離子體生成結(jié)構(gòu)，包括一介質(zhì)容器101，介質(zhì)容器101為圓柱體形，介質(zhì)容器101間距設(shè)有第一接地電極102和第二接地電極103，第一接地電極102和第二接地電極103之間環(huán)形陣列均布開(kāi)設(shè)有兩個(gè)以上的通孔104；第一接地電極102和第二接地電極103設(shè)有2個(gè)以上的高壓電極105，高壓電極105穿過(guò)所有通孔104并與通孔104截面呈交叉設(shè)置；第一接地電極102和第二接地電極103通過(guò)接地接線端子與工作電源連接；高壓電極105通過(guò)高壓接線端子與工作電源連接；工作氣體（107）通過(guò)通孔（104）通入，在通孔（104）內(nèi)的強(qiáng)電場(chǎng)作用下發(fā)生輝光放電，由工作氣體（107）產(chǎn)生的等離子體在氣流和電場(chǎng)的共同作用下在通孔（104）的出口處噴射形成輝光放電射流等離子體（108）。

所述第一接地電極102和第二接地電極103為環(huán)形設(shè)置的與介質(zhì)容器101同軸向的圓柱體形。所述通孔104容納有與外部工作氣體管道連通的空氣管道108。

所述高壓電極105為與圓柱體形的介質(zhì)容器101同心多邊形。

其中，通孔104內(nèi)徑為3.5毫米，介質(zhì)容器101為介電絕緣材料，選自聚四氟乙烯、硅橡膠、石英玻璃、玻璃、陶瓷或環(huán)氧乙烯的一種。高壓電極105采用鎢、銅、鋁或不銹鋼導(dǎo)電性能好的金屬材料或者碳纖維制成的裸導(dǎo)體。高壓電極105為有絕緣層包裹的導(dǎo)線，所述絕緣層材料選自氟乙烯、硅橡膠，石英玻璃，玻璃，陶瓷或環(huán)氧乙烯的一種。第一接地電極102和第二接地電極103為鎢、銅、鋁或不銹鋼導(dǎo)電性能好的金屬材料或者碳纖維。第一接地電極（102）和第二接地電極（103）為有絕緣層包裹的導(dǎo)線，絕緣層材料選自聚四氟乙烯、硅橡膠，石英玻璃，玻璃，陶瓷或環(huán)氧乙烯的一種。工作氣體107為氦氣、氬氣、氮?dú)狻⒀鯕狻⒖諝狻⒒旌蠚怏w、氣態(tài)化合物或氣態(tài)有機(jī)物。

所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。