【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料加工、能源及环保领域，尤其是涉及一种大空间高密度放电等离子体装置及其应用。
技术介绍
1、等离子体通过电离、激发和解离激活气体分子，产生大量活性物种，从而产生高密度电子。根据气体气压的不同，等离子体分为低气压(<10torr)等离子体、中气压(10～100torr)等离子体以及高气压(＞100torr)等离子体；根据温度不同，等离子体分为热等离子体和非热等离子体。
2、常规低温放电等离子体是指在大约一个大气压下气体产生电子的温度(>104k)远高于离子温度(＝300～500k)的等离子体，因此其在低能耗下即可维持放电平衡。常规低温放电等离子体常用于材料表面处理及改性和降碳减碳等领域。例如，针对已被广泛应用于医疗、航天航空、电子等行业的聚四氟乙烯(ptfe)材料粘接性能不足的问题，专利申请cn116836443a公开了一种通过采用氩气或包含氩气的混合气体等离子体对ptfe表面进行改性处理，对ptfe结构改性从而解决ptfe粘接强度不够的问题。此外，专利申请cn117116747a公开了一种采用氩气和氨气混合等离子体处理半导体领域材料碳化硅存在的表面陷阱和悬挂键等缺陷问题，以提高碳化硅表面的平整度。专利申请cn117142433a公开了一种利用等离子体与催化剂之间的协同作用，在dbd等离子体反应器中添加ni基催化剂以在常温常压下进行co2和vocs(烷烃、烯烃、醇类、苯系物等)协同资源化处理的方法，提高了对二氧化碳催化重整的不同产物的选择性及能量利用效率。专利申请cn116676689a公开
3、电弧是一种常见的热等离子体，它可在不高的极间电压(约几十伏)下产生拥有强电流密度(约为103a/cm2)的强亮度弧柱，其通道和电极上的温度约为7000～8000℃。由于产生温度高，电弧放电可应用于加工高温材料。专利cn118175710a提供了一种等离子体的生成装置及等离子体制备工业原料的方法，提升了一种高效的制备低温等离子体和产生电弧的方法。但是，该专利难以满足大空间高密度放电等离子体下的需要。
4、以电弧放电为代表的高温等离子体则存在放电通道小、能量过于集中及电极烧蚀严重等问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种大空间高密度放电等离子体装置及其应用，放电等离子体装置由可移动微米级丝状刷电极以及所配套的放电引发电极组合而成，其结合了低温等离子体和电弧放电的优点，通过控制电极对间距，实现低引发电压下大空间的高强度均匀放电。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种大空间高密度放电等离子体装置，包括外壳，以及位于外壳内部的上电极、下电极和引发电极；
3、所述的上电极和下电极均为带有微米细丝刷的电极，包括导电基板及镶嵌在导电基板上的导电微米丝束；
4、所述的引发电极为带有多个针尖的可移动电极，包括导电支架及嵌在其上的针状电极，针状电极一端穿过上电极固定于导电支架上，另一端悬于下电极上方；导电支架上下移动，带动针状电极在上电极和下电极之间移动。
5、进一步地，所述引发电极的移动下限为下止点，移动上限为上止点；
6、下止点为针状电极的针尖与下电极上的微米细丝刷的间距为3-5mm的位置；
7、上止点为针状电极的针尖没入上电极的微米细丝刷内；在上止点时，针状电极不能突出上电极的丝状电极之下；引发电极的上下移动可以为手动或电动。
8、进一步地，所述导电微米丝束的镶嵌密度为4束/cm2-16束/cm2，每束导电微米丝束包含5-50根导电微米丝，每根导电微米丝的直径为2μm-20μm，长度为5mm-30mm。
9、进一步地，所述导电基板为金属板、石墨板、碳纤维板或碳纤维毡中的一种或几种；所述导电微米丝束为合金纤维、碳化硅纤维中的一种或两种。
10、进一步地，所述引发电极的针状电极的针尖直径为10μm-50μm，每1cm2的导电基板上至少对应一根针状电极的针尖。
11、进一步地，所述引发电极的导电支架选自金属支架、石墨支架或碳纤维支架中的一种或几种；所述针状电极采用不锈钢或钛合金中的一种或两种。
12、进一步地，所述外壳上设有进气口和出气口。所述进气口通入气体为h2和co2；出气口流出气体为h2、co2、h2o(g)和co。所述装置外壳的材质为不锈钢或钛合金，优选为不锈钢，其主要作用是支撑等离子体反应器和充当接地极。
13、进一步地，所述装置还配有电压可调的供电电源，电源正负极末端均用接线端子与上电极和下电极连接。
14、进一步地，所述供电电源选自直流电源、中频交流电源或脉冲电源中的至少任一种，所述供电电源输出电压范围为0-10kv，输出功率范围在0.5-500kw。
15、本专利技术还提供一种大空间高密度放电等离子体装置的应用：包括以下步骤：
16、a开始运行时，先将引发电极的针尖部分推到下止点，此时引发电极上的针尖与下电极上的丝状线保持最小距离，然后，开启供电电源并逐步升高电压，使二者之间产生丝状放电；
17、b当上述放电达到稳定并保持一定强度(一般为10kv)时，缓慢将引发电极上拉，使针尖与下电极的微米细丝刷间的距离逐渐增大，同步增加供电电源(9)电压，使放电空间逐步向上延展；
18、c当引发电极被拉至上止点，其针尖没入上电极的微米细丝刷内，此时放电延伸至上下电极之间的整个区域，通过调整供电电源的电压来调整所产生的等离子体能量密度。
19、d当需要停机时，可直接关闭供电电源，保持通风，将反应器温度降至100℃以下即可关闭系统。
20、本专利技术还提供大空间高密度放电等离子体装置在材料加工、能源及环保领域的应用。如将大空间放电高密度放电等离子体放电装置耦合催化材料直接作用待处理的vocs降解或co2还原气体。
21、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：
22、(1)本专利技术提出了由可移动微米级丝状刷电极组合而成的放电等离子体装置，以及所配套的放电引发电极，结合低温等离子体和电弧放电的优点，通过控制电极间距实现低引发电压和较大空间的高强度均匀放电，本专利技术在0-10kv的低电压下就能产生能量密度较高的等离子体放电。
23、(2)本专利技术装置由于电极内侧分布大量微米级导体或半导体细丝，在较本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大空间高密度放电等离子体装置，包括外壳(4)，以及位于外壳(4)内部的上电极(1)、下电极(2)和引发电极(3)；其特征在于，
2.根据权利要求1所述的一种大空间高密度放电等离子体装置，其特征在于，所述引发电极(3)的移动下限为下止点，移动上限为上止点；
3.根据权利要求1所述的一种大空间高密度放电等离子体装置，其特征在于，所述导电微米丝束(8)的镶嵌密度为4束/cm2-16束/cm2，每束导电微米丝束(8)包含5-50根导电微米丝，每根导电微米丝的直径为2μm-20μm，长度为5mm-30mm。
4.根据权利要求1所述的一种大空间高密度放电等离子体装置，其特征在于，所述导电基板(7)为金属板、石墨板、碳纤维板或碳纤维毡中的一种或几种；所述导电微米丝束(8)为合金纤维、碳化硅纤维中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的一种大空间高密度放电等离子体装置，其特征在于，所述引发电极(3)的针状电极的针尖直径为10μm-50μm，每1cm2的导电基板(7)上至少对应一根针状电极的针尖。
6.根据权利要求1所述的一种大空
7.根据权利要求1所述的一种大空间高密度放电等离子体装置，其特征在于，所述装置还配有电压可调的供电电源(9)，分别连接上电极(1)和下电极(2)。
8.根据权利要求7所述的一种大空间高密度放电等离子体装置，其特征在于，所述供电电源(9)选自直流电源、中频交流电源或脉冲电源中的至少任一种。
9.根据权利要求7所述的一种大空间高密度放电等离子体装置，其特征在于，所述供电电源(9)输出电压范围为0-10kV，输出功率范围在0.5-500kW。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的大空间高密度放电等离子体装置的应用，其特征在于：包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种大空间高密度放电等离子体装置，包括外壳(4)，以及位于外壳(4)内部的上电极(1)、下电极(2)和引发电极(3)；其特征在于，
2.根据权利要求1所述的一种大空间高密度放电等离子体装置，其特征在于，所述引发电极(3)的移动下限为下止点，移动上限为上止点；
3.根据权利要求1所述的一种大空间高密度放电等离子体装置，其特征在于，所述导电微米丝束(8)的镶嵌密度为4束/cm2-16束/cm2，每束导电微米丝束(8)包含5-50根导电微米丝，每根导电微米丝的直径为2μm-20μm，长度为5mm-30mm。
4.根据权利要求1所述的一种大空间高密度放电等离子体装置，其特征在于，所述导电基板(7)为金属板、石墨板、碳纤维板或碳纤维毡中的一种或几种；所述导电微米丝束(8)为合金纤维、碳化硅纤维中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的一种大空间高密度放电等离子体装置，其特征在于，所述引...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄文君，晏乃强，程灿，瞿赞，徐浩淼，王佳男，戚洪源，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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