大氣壓等離子體射流陣列研究進(jìn)展

　　大氣壓低溫等離子體射流是一種新型的等離子體放電技術(shù)，它具有運(yùn)行溫度低、可控性好、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但其產(chǎn)生的等離子體體積小，不適合大面積處理。對(duì)單個(gè)等離子射流源進(jìn)行一維、二維上的擴(kuò)展形成陣列結(jié)構(gòu)，可產(chǎn)生大面積低溫等離子體，具有更強(qiáng)的處理靈活性和實(shí)用性。等離子體射流陣列成為近年來(lái)研究熱點(diǎn)。本文綜述了大氣壓等離子體射流陣列的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了各種射流陣列的產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和組成陣列的射流單元的結(jié)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)電源類型等，分析了射流陣列放電特性及診斷方法，介紹了射流陣列的典型應(yīng)用效果，討論了射流陣列的產(chǎn)生機(jī)理以及研究中存在的一些需要解決的問(wèn)題。

　　大氣壓低溫等離子射流是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型的放電技術(shù)，與其他形式等離子體相比，具有放電溫度低，放電裝置靈活，化學(xué)活性可控性好等方面的特點(diǎn)，因此在材料表面的改性、殺菌消毒以及生物化學(xué)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，其放電特性機(jī)理和應(yīng)用研究受到國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。但目前研究中采用的射流裝置中產(chǎn)生的等離子體體積較小，其處理面積一般不超過(guò)幾平方毫米，小尺度的缺點(diǎn)限制了其工業(yè)應(yīng)用前景。為了產(chǎn)生更適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用的較大面積的射流源，最近幾年，研究者們對(duì)射流放電進(jìn)行大尺度擴(kuò)展，以多個(gè)小尺度的射流為基本單元，將它們并聯(lián)排列起來(lái)獲得較大面積等離子體，稱為射流陣列。

　　射流陣列通過(guò)將多個(gè)射流單元排列組合而成，可以適應(yīng)不同面積和體積的處理對(duì)象，且也可對(duì)陣列中單個(gè)射流源進(jìn)行控制，達(dá)到不同強(qiáng)度的處理，大大加強(qiáng)了處理的靈活性和實(shí)用性，因此更具應(yīng)用前景，目前成為研究熱點(diǎn)之一。研究者以單個(gè)射流為基本單元設(shè)計(jì)了不同結(jié)構(gòu)的射流陣列，并就其放電特性、機(jī)理以及應(yīng)用效果等做了一定探討，取得了一定進(jìn)展，本文綜述了大氣壓等離子體射流陣列研究現(xiàn)狀，在介紹了各種射流陣列的產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電源類型的基礎(chǔ)上，討論了其產(chǎn)生機(jī)理以及診斷技術(shù)，并介紹了射流陣列的典型應(yīng)用，分析了其研究中存在的一些需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

　　1、陣列結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)

　　按照陣列中射流單元排列方式，射流陣列可以分為一維射流和二維射流陣列。一維陣列通常是將多個(gè)小尺度射流單元線狀排列，在一維方向上對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，滿足長(zhǎng)距離處理需求，如圖1 (a) 所示。為了進(jìn)一步加大等離子體射流的處理面積，將線性方向排列的一維陣列結(jié)構(gòu)，在橫縱兩個(gè)方向上進(jìn)行擴(kuò)展，可形成面型排列的射流源，即二維等離子體射流陣列，如圖1(b) 所示。射流陣列所使用的射流單元電極布置與小面積的單管射流所使用的電極基本相同，目前研究中普遍使用的電極主要是針電極、環(huán)電極、針-環(huán)電極、針-板電極、環(huán)-板電極等幾種，其中，針-環(huán)電極在玻璃管外也可以加上一個(gè)外電極，如圖2 所示。

圖1 射流陣列示意圖

　　以如圖2 中所示的電極結(jié)構(gòu)作為單元，研究者在不同氣體中獲得了不同形式的一維射流陣列。Cao 等設(shè)計(jì)了環(huán)-板電極的射流單元，采用石英玻璃管作為介質(zhì)，外面包裹上一層銅片作為供電環(huán)電極，在管口外放置一板電極作為接地電極，將10 個(gè)射流單元緊密排列在磁帶盒中組成一維射流陣列，利用高頻高壓交流電源驅(qū)動(dòng)在He 流量為4 L/min(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)) 、外加電源頻率為30 kHz 時(shí)，產(chǎn)生了穩(wěn)定的射流陣列。

圖2 射流單元的典型電極結(jié)構(gòu)圖

　　6、結(jié)束語(yǔ)

　　大氣壓等離子體射流陣列能滿足工業(yè)領(lǐng)域?qū)Υ竺娣e低溫等離子體源的需要，且具有更強(qiáng)的處理靈活性，在材料表面處理、等離子體醫(yī)學(xué)，環(huán)境工程以及一些高新技術(shù)領(lǐng)域體現(xiàn)其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，具有更強(qiáng)的應(yīng)用前景。目前研究人員在大氣壓等離子射流陣列研究方面已取得了一定的進(jìn)展，但對(duì)其深入理解和控制以及工業(yè)化應(yīng)用尚需進(jìn)一步深入研究。作者在總結(jié)和歸納國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上認(rèn)為在大氣壓低溫等離子體射流陣列的研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注如下幾個(gè)方面：

　　①加強(qiáng)其放電機(jī)理、穩(wěn)定機(jī)制等方面的研究，以深入理解其放電機(jī)理，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制；

　　②深入研究各種條件下放電特性，使用低成本的氣體如Ar 等實(shí)現(xiàn)，以降低運(yùn)行成本；

　　③設(shè)計(jì)出合理化的電極結(jié)構(gòu)，深入研究其參數(shù)匹配，找到最佳運(yùn)行條件，從而產(chǎn)生更具有優(yōu)越性的射流陣列；

　�、苌钊胙芯科鋺�(yīng)用效果和作用機(jī)制，注意探索其在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。

　　總之在大氣壓等離子體射流陣列作為等離子體領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，在今后的研究中將會(huì)取得更進(jìn)一步發(fā)展，進(jìn)而在未來(lái)的工業(yè)化應(yīng)用中發(fā)揮獨(dú)特的作用。