CN114423138A - 一种用于产生大面积均匀等离子体的sdbd改性装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于产生大面积均匀等离子体的SDBD改性装置，包括SDBD电极模块、气路模块与放电限制模块，SDBD电极模块包括介质板与紧贴介质板两面的高压电极与地电极，SDBD电极模块的高压电极位于气路模块的出气口处，并完全位于放电限制模块内部；放电限制模块与气路模块将放电区域覆盖，气路模块为放置于SDBD电极模块一侧的密封可拆卸的多孔进气均气模块，进气模块通过沿放电方向减小高度与放电限制模块连接形成放电腔，该模块的一端紧贴于气路模块的出气口，用于将放电限制在出气口的前端；本发明能够实现在较小尺寸SDBD电极结构下进行较大面积的材料改性，同时保证气体与媒质分布的均匀性。

Description

一种用于产生大面积均匀等离子体的SDBD改性装置

技术领域

本发明涉及等离子体材料表面改性技术领域，特别涉及一种用于产生大面积均匀等离子体的SDBD改性装置。

背景技术

近20年来,气体放电产生的低温等离子体得到越来越广泛的应用,等离子体处理技术应运而生，而介质阻挡放电DBD可以在大气压下产生低温等离子体,特别适合于低温等离子体的工业化应用，近年来大气压均匀DBD的产生及特性研究成为热点,通过改变电极结构、电源类型和阻挡介质,一些研究人员取得了可喜的成果；

而大气压常规DBD想要提升等离子体产生面积，则需要提升对应的电极结构的尺寸，往往存在结构复杂、可调整性差等问题，难以实现常压下的大面积等离子体，而表面介质阻挡放电（SDBD）是DBD中等离子体产生效率最高的一种放电形式，由于其结构简单，响应时间快，近年来在流动控制方面得到广泛应用，SDBD电极结构所造成的电场水平分布特性为通过较小的电极结构实现大面积等离子体提供了可能性；

公开号为：CN 108282950A公开的一种基于三电极表面介质阻挡放电的大气压等离子体发生装置，可产生大面积低温等离子体，有效提高等离子体产生效率，但是其整体结构较大且无法添加气路，无法实际应用于改性；

公开号为：CN 206674287U公开一种表面介质阻挡放电等离子体材料处理装置，通过将待处理材料放置在所述的镂空结构实现改性，所述底座带有进气孔和出气孔，螺丝依次穿过底座，硅胶垫和表面放电电极上的圆孔，然后用螺母拧紧，达到密封效果，但结构较为复杂且无法实现气路模块化；

应用在等离子体材料改性装置中的气路均匀性设计，现有技术公开号为CN204058045U公开的通气均匀的电催化氧化废水装置，该方案应用在废水处理领域，将进气管设计成S形结构，进气管上设置均匀排布的进气孔，可以实现通气均匀，但是没有实现气路模块化，无法根据不同需求更换气路设置，公开号为CN 212329237 U公开的一种通气均匀的土壤生态修复装置，该方法，在主气管一侧均匀设置有支气管，支气管的两端均固定连接喷气管，喷气管的一端均匀设置有喷气口，可以实现通气均匀，存在无法根据不同需求快速更换气路设置的问题；

因此，需要一种基于SDBD实现材料改性的装置，并且能够克服气体分布不均匀的问题，同时还能够用于不同材料的表面改性。

发明内容

本发明目的就在于为了解决上述的问题而提供一种用于产生大面积均匀等离子体的SDBD改性装置。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种用于产生大面积均匀等离子体的SDBD改性装置，包括包括SDBD电极模块、气路模块与放电限制模块，所述气路模块通过热熔胶与放电限制模块固定，所述放电限制模块通过热熔胶与SDBD电极模块固定。

进一步在于，所述SDBD电极模块、气路模块与放电限制模块进行密封连接，所述SDBD电极模块包括介质板与紧贴介质板两面的高压电极、地电极，所述地电极通过硅橡胶进行绝缘封装，所述高压电极的上端与气路模块的下端贴合接触。

进一步在于，所述气路模块的两端分别设置有进气口与出气口，所述气路模块包含气路压缩阀、矩形均气阀、圆柱形均气阀。

进一步在于，所述气路压缩阀用于将内部两路气流初步压缩，气路从高度为11.5mm压缩至高度为1.5mm。

进一步在于，所述矩形均气阀位于气路压缩阀的后方，且矩形均气阀7用于将压缩后的气流进行初步均气，所述矩形均气阀由14个尺寸为5mm*1.17mm*1.5mm的长方体组成。

进一步在于，所述圆柱形均气阀位于矩形均气阀后方15mm处，该圆柱形均气阀用于将气流进行进一步均气并通向出气口，所述圆柱形均气阀由30个直径0.5mm、高1.5mm的圆柱体组成。

进一步在于，所述放电限制模块包括两个绝缘限制板和玻璃限制板，两个所述绝缘限制板上开设有凹口，所述玻璃限制板放置于两个所述绝缘限制板的凹口内。

进一步在于，所述地电极的位置区域为放电区域，所述玻璃限制板位于放电区域的正上方。

进一步在于，所述SDBD电极模块的介质板厚度为1mm，所述高压电极与地电极的厚度为50μm。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明中采用模块化可拆卸更换气路的方法，使气路结构可拆卸的设置于电极上，能够根据不同应用场合下更换设置。

（2）本发明中，通过多个进气口进入的气体经过均气阀，两道均气阀具有不同的目数，并且通孔相互错开分布，使得气体混合媒质均匀地从出气口进入放电腔内，保证进入放电空间的气体均匀性，有助于提高大气压SDBD放电的均匀性以及材料改性效果的均匀性。

（3）本发明中，通过放电限制模块将均匀的气流与放电发展限制在高压电极前方的一段区域，确保气流能够保持均匀的同时铺满整个放电区域，同时保证放电的均匀性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的整体分解示意图；

图3为本发明气路模块的结构示意图；

图4 为本发明气路模块的内部结构示意图；

图5 为本发明SDBD电极模块的结构示意图；

图6 为本发明放电限制模块示意图；

图7 为本发明具体实例中的气路模块整体流场仿真示意图；

图8 为本发明具体实例中的均气阀处的流场仿真示意图；

图9 为本发明具体实例中的放电限制模块处的放电图像；

图10 为本发明具体实例中的改性前后水接触角的对比图。

图中：1、SDBD电极模块；2、气路模块；3、放电限制模块；4、出气口；5、进气口；6、气路压缩阀；7、矩形均气阀；8、圆柱形均气阀；9、介质板；10、高压电极；11、地电极；12、硅橡胶；13、绝缘限制板；14、玻璃限制板。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1-2所示，本发明提供一种用于产生大面积均匀等离子体的SDBD改性装置，包括SDBD电极模块1、气路模块2与放电限制模块3，气路模块2通过热熔胶与放电限制模块3固定，可方便进行拆卸，放电限制模块3通过热熔胶与SDBD电极模块1固定，可方便拆卸，SDBD电极模块1、气路模块2与放电限制模块3进行密封连接；

如图3、5所示，SDBD电极模块1包括介质板9与紧贴介质板9两面的高压电极10、地电极11，地电极11通过硅橡胶12进行绝缘封装，高压电极10的上端与气路模块2的下端贴合接触，气路模块2的两端分别设置有进气口5与出气口4；

具体的，SDBD电极模块1为改性处理的载体，气路模块2作为工作气体以及改性所需媒质的载体，其出气口4应紧贴但不完全覆盖高压电极10，气流方向与放电发展方向相同，同时整个气路模块2与SDBD电极模块1进行密封连接，放电限制模块3作为限制放电发展与气流流向的模块，其架设在气路模块2出气口4的前方与放电区域的上方，其内部宽度相较于高压电极10稍宽一些，放电限制模块3的高度与出气口4相同，放电限制模块3的前端紧贴于气路模块2的出气口4，放电限制模块3的下方紧贴于介质板9，均为密封连接，本实施例中SDBD电极模块1中的介质板9的材质为环氧树脂，尺寸为100mm*100mm*1mm，高压电极10的尺寸为30mm*5mm*0.05mm，地电极11尺寸为30mm*50mm*0.05mm，电极材质为铜箔；

如图1、3、4、5所示，气路模块2包含气路压缩阀6、矩形均气阀7、圆柱形均气阀8，气路压缩阀6用于将内部两路气流初步压缩，气路从高度为11.5mm压缩至高度为1.5mm，矩形均气阀7位于气路压缩阀6的后方，且矩形均气阀7用于将压缩后的气流进行初步均气，矩形均气阀7由14个尺寸为5mm*1.17mm*1.5mm的长方体组成，每个长方体之间形成通孔，圆柱形均气阀8位于矩形均气阀7后方15mm处，该圆柱形均气阀8用于将气流进行进一步均气并通向出气口4，圆柱形均气阀8由30个直径0.5mm、高1.5mm的圆柱体组成，每个圆柱体之间形成通孔，每个长方体之间形成通孔与每个圆柱体之间形成通孔相处错开；

具体的，高压电极10一侧架设气路模块2，出气口4紧贴于高压电极10上方，气路模块2的尺寸为71mm*32mm*12.5mm，进气口5为从模块前端伸出的两个通孔，其内径为6mm，外径为8mm，长度为10mm，用于从管道内通入气体，模块从进气口5到均气阀的位置高度逐渐从12.5mm减小到3.5mm，第一道均气即矩形均气阀7，目数为14，由尺寸为5mm*1.17mm*1.5mm的长方体组成；第二道均气阀即圆柱形均气阀8，目数为30，由尺寸为直径0.5mm、高1.5mm的圆柱体组成，第一道均气阀距离出气口4有20mm，第二道均气阀距离出气口4有5mm，两道均气阀的通气孔位置相互错开，出气口为形状为矩形的通孔，尺寸为30mm*1.5mm，出气孔的位置与高压电极10对齐，放电限制模块3高度与气路模块2末端高度相同，仅留放电限制模块3的一侧作为气流出口；

如图6所示，放电限制模块3包括两个绝缘限制板13和玻璃限制板14，两个绝缘限制板13上开设有凹口，玻璃限制板14放置于两个绝缘限制板13的凹口内；

如图5所示，地电极11的位置区域为放电区域，玻璃限制板14位于放电区域的正上方，便于观察放电，SDBD电极模块1的介质板9厚度为1mm，高压电极10与地电极11的厚度为50μm；

如图7、图8所示，流体材料为氩气，外部环境设为一个大气压，在无外部干扰、无回流的情况下，给定两个进气口4以0.5m/s的初始气流速度，从流线图图7中可以看出本实例中的气路模块2在两路进气的前提下，经过两道均气阀到达出口时气流已经混合均匀，从压力图图8可以看出，气流在经过压缩与均气阀之后压力逐渐变大并且分布均匀。

如图9的放电图像所示，在本实例中通过施加5kV、1kHz的纳秒脉冲高压电以及400ml/min与15ml/min的HMDSO即六甲基二硅氧烷，能够产生大面积的等离子体，并且能够将放电发展限制在高压电极前端，在处理3分钟后，对材料表面进行水接触角的测量；

如图10的水接触角图像所示，材料处理前的水接触角为70.044°，材料表面呈现亲水特性，处理后的水接触角为153.036°，材料表面呈现超疏水特性，疏水性得到了较大提升。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种用于产生大面积均匀等离子体的SDBD改性装置，其特征在于，包括包括SDBD电极模块（1）、气路模块（2）与放电限制模块（3），所述气路模块（2）通过热熔胶与放电限制模块（3）固定，所述放电限制模块（3）通过热熔胶与SDBD电极模块（1）固定。

2.根据权利要求1所述的一种用于产生大面积均匀等离子体的SDBD改性装置，其特征在于：所述SDBD电极模块（1）、气路模块（2）与放电限制模块（3）进行密封连接，所述SDBD电极模块（1）包括介质板（9）与紧贴介质板（9）两面的高压电极（10）、地电极（11），所述地电极（11）通过硅橡胶（12）进行绝缘封装，所述高压电极（10）的上端与气路模块（2）的下端贴合接触。

3.根据权利要求1所述的一种用于产生大面积均匀等离子体的SDBD改性装置，其特征在于：所述气路模块（2）的两端分别设置有进气口（5）与出气口（4），所述气路模块（2）包含气路压缩阀（6）、矩形均气阀（7）、圆柱形均气阀（8）。

4.根据权利要求3所述的一种用于产生大面积均匀等离子体的SDBD改性装置，其特征在于：所述气路压缩阀（6）用于将内部两路气流初步压缩，气路从高度为11.5mm压缩至高度为1.5mm。

5.根据权利要求3所述的一种用于产生大面积均匀等离子体的SDBD改性装置，其特征在于：所述矩形均气阀（7）位于气路压缩阀（6）的后方，且矩形均气阀（7）用于将压缩后的气流进行初步均气，所述矩形均气阀（7）由14个尺寸为5mm*1.17mm*1.5mm的长方体组成。

6.根据权利要求3所述的一种用于产生大面积均匀等离子体的SDBD改性装置，其特征在于：所述圆柱形均气阀（8）位于矩形均气阀（7）后方15mm处，该圆柱形均气阀（8）用于将气流进行进一步均气并通向出气口（4），所述圆柱形均气阀（8）由30个直径0.5mm、高1.5mm的圆柱体组成。

7.根据权利要求1所述的一种用于产生大面积均匀等离子体的SDBD改性装置，其特征在于：所述放电限制模块（3）包括两个绝缘限制板（13）和玻璃限制板（14），两个所述绝缘限制板（13）上开设有凹口，所述玻璃限制板（14）放置于两个所述绝缘限制板（13）的凹口内。

8.根据权利要求2所述的一种用于产生大面积均匀等离子体的SDBD改性装置，其特征在于：所述地电极（11）的位置区域为放电区域，所述玻璃限制板（14）位于放电区域的正上方。

9.根据权利要求2所述的一种用于产生大面积均匀等离子体的SDBD改性装置，其特征在于：所述SDBD电极模块（1）的介质板（9）厚度为1mm，所述高压电极（10）与地电极（11）的厚度为50μm。

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