本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種電場極化增強的放電電極，用于產(chǎn)生等離子體，其包括陰極、陽極和兩者之間的電場極化增強結(jié)構(gòu)。其中電場極化增強結(jié)構(gòu)由單個的一維納米結(jié)構(gòu)或多個一維納米結(jié)構(gòu)的排列構(gòu)成，其與陰極和陽極皆不接觸。本發(fā)明專利技術(shù)還提出了九種利用一維納米結(jié)構(gòu)構(gòu)造的電場極化增強結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，并提供了相應(yīng)的電場極化增強的放電電極的結(jié)構(gòu)和制備方法。本發(fā)明專利技術(shù)通過將由一維納米結(jié)構(gòu)構(gòu)成的電場極化增強結(jié)構(gòu)設(shè)置在陰極與陽極之間的區(qū)域，可降低產(chǎn)生等離子體所需要的工作電壓，并且能夠避免傳統(tǒng)技術(shù)中由于氣體放電或者液體放電過程中各種輻射和粒子轟擊效應(yīng)對一維納米結(jié)構(gòu)的損害，由此有利于維持一維納米結(jié)構(gòu)有益效果的穩(wěn)定性并延長使用壽命。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種放電電極，尤其涉及一種電場極化增強的放電電極。
技術(shù)介紹
等離子體是由帶電粒子、基態(tài)中性粒子、亞穩(wěn)態(tài)中性粒子和激發(fā)態(tài)中性粒子組成的，其物質(zhì)輸運過程、能量輸運過程、電磁輻射過程和帶電粒子動量轉(zhuǎn)移過程在許多領(lǐng)域有重要應(yīng)用，例如等離子體材料加工、激光光源、等離子體混合、電子-離子源、等離子體控制等。利用氣體放電產(chǎn)生等離子體是一種最為常見的等離子體產(chǎn)生方法，具有裝置簡單、等離子體參數(shù)可控性較高等優(yōu)勢。氣體放電一般是指在電場作用下使氣體電離，形成能導(dǎo)電的電離氣體，即等離子體。常規(guī)的做法是在一對電極(陰極和陽極)之間產(chǎn)生高場強的電場以使電極之間的氣體被電離，形成等離子體。常用的等離子體生成方法可以分為兩大類，即直流放電和交流放電。其中，直流放電包括直流輝光放電、空心陰陰放電、直流脈沖放電、電弧放電和磁控管放電，交流放電包括電容耦合放電、感應(yīng)耦合放電、介質(zhì)阻擋放電、微波放電和表面波放電。而無論采用哪種放電模式產(chǎn)生等離子體，設(shè)計合適的電極都是重要的。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，實驗研究發(fā)現(xiàn)，可以利用一維納米結(jié)構(gòu)制作電極或者修飾電極以用于電離氣體(或液體)，產(chǎn)生等離子體。這一方法能夠降低氣體放電的操作電壓，從而使等離子體供電裝置能被繼續(xù)簡化。目前這一技術(shù)被廣泛用于電離傳感器這一電子器件的研發(fā)領(lǐng)域。其中的一維納米結(jié)構(gòu)是指具有較大長徑比的類似棒狀、帶狀、管狀和/或線狀的納米結(jié)構(gòu)，一般其橫向線徑小于lOOnm。常用的一維納米結(jié)構(gòu)例如碳納米管、氧化鋅納米線、氧化錫納米條帶等。我們發(fā)現(xiàn)在這一技術(shù)的公開文獻中，主要是將一維納米結(jié)構(gòu)引入到空洞電極的電極空腔結(jié)構(gòu)中，或者是將一維納米結(jié)構(gòu)設(shè)置在陰極和陽極的表面。例如將碳納米管引入空洞陰極，形成由碳納米管這種很有代表性的一維納米材料作為空洞陰極的空洞陰極放電等離子體器件，這種器件可以提高器件作為等離子體源的性能，例如可以降低工作電壓、提高光輻射產(chǎn)額。再例如將一維納米結(jié)構(gòu)被設(shè)置在陰、陽金屬電極的表面，其專利技術(shù)人認為這一設(shè)置具有降低場致電離工作電壓的作用。但是，我們發(fā)現(xiàn)在上述這些設(shè)置中，一維納米結(jié)構(gòu)是作為電極的一部分而直接地與等離子體發(fā)生相互作用的，這樣，一維納米結(jié)構(gòu)在工作中將很容易受到粒子轟擊、焦耳熱和電磁輻射等效應(yīng)的影響而發(fā)生變質(zhì)，甚至導(dǎo)致其損傷失效。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種電場極化增強的放電電極，在使用一維納米結(jié)構(gòu)增強電場極化的同時減少以至避免產(chǎn)生的等離子體對一維納米結(jié)構(gòu)的損傷。
技術(shù)實現(xiàn)思路
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種電場極化增強的放電電極，其使用一維納米結(jié)構(gòu)構(gòu)成的增強電場極化的結(jié)構(gòu)，且其工作時能減少以至避免其產(chǎn)生的等離子體對一維納米結(jié)構(gòu)的損傷。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了一種電場極化增強的放電電極，包括陰極和陽極，其特征在于，所述陰極和所述陽極之間設(shè)置有電場極化增強結(jié)構(gòu)，所述電場極化增強結(jié)構(gòu)由一維納米結(jié)構(gòu)構(gòu)成，所述電場極化增強結(jié)構(gòu)與所述陰極和所述陽極皆不接觸。進一步地，所述電場極化增強結(jié)構(gòu)是單個的所述一維納米結(jié)構(gòu)或多個所述一維納米結(jié)構(gòu)的排列。可選地,所述一維納米結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體材料的納米帶、納米線、納米棒、納米針或納米管。進一步地，所述一維納米結(jié)構(gòu)的表面覆蓋有導(dǎo)體材料的薄膜、納米顆粒或比所述一維納米結(jié)構(gòu)小的一維納米結(jié)構(gòu)；或者所述一維納米結(jié)構(gòu)的表面覆蓋有絕緣材料的薄膜、納米顆粒或比所述一維納米結(jié)構(gòu)小的一維納米結(jié)構(gòu)；或者所述一維納米結(jié)構(gòu)的表面覆蓋有絕緣材料的薄膜，所述絕緣材料的薄膜的表面覆蓋有導(dǎo)電材料的薄膜、納米顆粒或比所述一維納米結(jié)構(gòu)小的一維納米結(jié)構(gòu)；或者所述一維納米結(jié)構(gòu)的表面覆蓋有半導(dǎo)體材料的薄膜或納米顆粒，所述半導(dǎo)體材料的薄膜或納米顆粒的表面覆蓋有半導(dǎo)體材料的比所述一維納 米結(jié)構(gòu)小的一維納米結(jié)構(gòu)；或者所述一維納米結(jié)構(gòu)的表面覆蓋有導(dǎo)體材料的薄膜，所述導(dǎo)體材料的薄膜的表面覆蓋有絕緣材料的薄膜。可選地,所述一維納米結(jié)構(gòu)是導(dǎo)體材料的納米帶、納米線、納米棒、納米針或納米管。進一步地，所述一維納米結(jié)構(gòu)的一個端部的表面覆蓋有半導(dǎo)體材料的薄膜，所述半導(dǎo)體材料的薄膜的表面覆蓋有半導(dǎo)體材料的薄膜；或者所述一維納米結(jié)構(gòu)的一個端部的表面覆蓋有絕緣材料的薄膜。可選地,所述一維納米結(jié)構(gòu)是絕緣材料的納米帶、納米線、納米棒、納米針或納米管，所述一維納米結(jié)構(gòu)的表面覆蓋有導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的薄膜、納米顆粒或比所述一維納米結(jié)構(gòu)小的一維納米結(jié)構(gòu)。進一步地，所述陰極和所述陽極是單個電極或多個電極的組成的電極陣列。進一步地，所述陽極的表面具有第一一維納米結(jié)構(gòu)，所述第一一維納米結(jié)構(gòu)與所述一維納米結(jié)構(gòu)相同或不同。進一步地，所述陰極的表面具有第二一維納米結(jié)構(gòu)，所述第二一維納米結(jié)構(gòu)與所述一維納米結(jié)構(gòu)相同或不同。進一步地，所述陰極、所述陽極和所述電場極化增強結(jié)構(gòu)設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)上，所述陽極到所述電場極化增強結(jié)構(gòu)之間的距離以及所述陰極到所述電場極化增強結(jié)構(gòu)之間的距離皆可調(diào)。在本專利技術(shù)的較佳實施方式中，提供了一種包括陰極、陽極和兩者之間的電場極化增強結(jié)構(gòu)的電場極化增強的放電電極。其中電場極化增強結(jié)構(gòu)由一維納米結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其與陰極和陽極皆不接觸。并且在本專利技術(shù)的較佳實施方式中提出了九種利用一維納米結(jié)構(gòu)構(gòu)造的電場極化增強結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的電場極化增強的放電電極的結(jié)構(gòu)和制備方法。在使用本專利技術(shù)的電場極化增強的放電電極時，其中陰極、陽極和電場極化增強結(jié)構(gòu)之間的間隙內(nèi)充填氣體或液體(放電氣體或液體)，構(gòu)成電場極化增強結(jié)構(gòu)的一維納米結(jié)構(gòu)的至少一個端部與該放電氣體或液體接觸。施加電壓于本專利技術(shù)的電場極化增強的放電電極的陰極和陽極，兩者之間的氣體或液體中將產(chǎn)生電場(可以稱為背景電場)，于是電場極化增強結(jié)構(gòu)中的一維納米結(jié)構(gòu)受到電場的極化而產(chǎn)生正、負電荷的分離。由于一維納米結(jié)構(gòu)的尖端效應(yīng)，即便在很小的背景電場條件下，納米結(jié)構(gòu)中電荷分離所產(chǎn)生的電場強度也可以非常強。這樣，在電場極化增強結(jié)構(gòu)與陽極和陰極之間，以及在電場極化增強結(jié)構(gòu)內(nèi)部每相鄰的兩個一維納米結(jié)構(gòu)之間，就形成了一電容結(jié)構(gòu)。其中，放電氣體或液體在電容的極板之間，極板中的一邊或者兩邊是一維納米結(jié)構(gòu)。由此所產(chǎn)生的高度不均勻的電場能夠?qū)﹄娙輧?nèi)部的氣體或者液體分子產(chǎn)生很強的不均勻極化，有一定幾率被納米結(jié)構(gòu)捕獲發(fā)生非彈性碰撞，從而成為亞穩(wěn)態(tài)粒子。大量的亞穩(wěn)態(tài)粒子在電場極化增強結(jié)構(gòu)周圍區(qū)域產(chǎn)生，能夠通過分步電離、直接電離或者潘寧過程等機制影響氣體放電過程，使得電荷分離過程在更低的電壓之下實現(xiàn)。由此可見，本專利技術(shù)的電場極化增強的放電電極的電場極化增強結(jié)構(gòu)不與陽極和陰極相接觸且不構(gòu)成放電回路的一部分，因此電場極化增強結(jié)構(gòu)中的一維納米結(jié)構(gòu)的各種對放電的有益效果可以在不作為電極的情況下實現(xiàn)，這樣就避免了各種電極上的等離子體過程對其造成的損害。當(dāng)然，當(dāng)?shù)入x子體密度很高的高電導(dǎo)情況下，電場極化增強結(jié)構(gòu)傾向于作為電極參與放電，此時，本專利技術(shù)的優(yōu)勢在于，擴大了一維納米結(jié)構(gòu)對氣體放電產(chǎn)生有益影響的空間范圍。因此，本專利技術(shù)的電場極化增強的放電電極通過將由一維納米結(jié)構(gòu)構(gòu)成的電場極化增強結(jié)構(gòu)設(shè)置在陰極與陽極之間的區(qū)域，通過兩極之間的電場使一維納米結(jié)構(gòu)極·化并由此產(chǎn)生不均勻電場，能夠通過形成亞穩(wěn)態(tài)粒子群降低產(chǎn)生等離子體所需要的工作電壓，并且有利于在高氣壓氣體和液體中制造擴散性大范圍等離子體，還能夠避免傳本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種電場極化增強的放電電極，包括陰極和陽極，其特征在于，所述陰極和所述陽極之間設(shè)置有電場極化增強結(jié)構(gòu)，所述電場極化增強結(jié)構(gòu)由一維納米結(jié)構(gòu)構(gòu)成，所述電場極化增強結(jié)構(gòu)與所述陰極和所述陽極皆不接觸。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：侯中宇，房茂波，
申請(專利權(quán))人：上海交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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