Плазма непосредственного пьезо-разряда
Плазма непосредственного пьезо-разряда является типом холодной неравновесной плазмы генерируемой непосредственным разрядом высоковольтного пьезотрансформатора в атмосфере рабочего газа в широком диапазоне давлений, включая атмосферное. Благодаря компактности и эффективности пьезотрансформатора, этот способ генерации плазмы отличается особой компактностью, энергетической эффективностью и дешевизной.
Введение[править | править код]
Большинство промышленных генераторов холодной плазмы атмосферного давления используют блоки питания высокого напряжения либо постоянного тока либо низкочастотного переменного тока для создания и поддержания дугового разряда. Дуговой разряд создает плазму относительно однородную по температурам атомов, молекул, ионов и электронов, достигающую 6000 – 12000 К. [1]
Холодную неравновесную плазму атмосферного давления можно создать высокочастотным емкостным разрядом между электродами, разделенными диэлектрическими стенками. При этом используют высоковольтные блоки питания переменного тока.
Несмотря на то что это хорошо изученные и налаженные промышленные технологии, они имеют высокую стоимость, связанную с типичной дороговизной высоковольтной техники.
Технология непосредственного пьезо-разряда[править | править код]
В основе генератора плазмы непосредственного пьезо-разряда лежит пьезотрансформатор, вторичная цепь которого одновременно является электродом высокого напряжения, через который протекает разряд создающий плазму.[2][3] Эта схема позволяет избавиться от дорогостоящих высоковольтных высокочастотных кабелей, и, благодаря компактности пьезотрансформатора, позволяет добиться особо компактных размеров генератора плазмы.
Пьезотрансформатор, который может быть изготовлен из кристалла цирконат-титаната свинца (ЦТС), генерирует переменное высокое напряжение преобразуя переменное низкое напряжение порядка нескольких вольт сначала в колебательную механическую энергию кристалла благодаря обратному пьезоэлектрическому эффекту, которая затем преобразуется в высокое напряжение благодаря прямому пьезоэлектрическому эффекту на другом конце пьезо-кристалла. [4][5] Работая при максимальной амплитуде механического резонанса, пьезотрансформаторы позволяют достичь высоких коэффициентов конверсии напряжения >1000. Переменное высокое напряжение с амплитудой порядка 5 – 15 кВ и частотой 10 – 500 кГц может быть создано этим методом. Мощность такого трансформатора порядка 10 Вт.
Открытый конец пьезо-кристалла одновременно является электродом высокого переменного напряжения через который протекает разряд генерирующий плазму. Поскольку пьезо-кристалл является диэлектриком, свойства разряда напоминают свойства высокочастотного ёмкостного разряда протекающего через диэлектрик. В частности, разряд имеет структуру микро-нитей создающихся в короткие промежутки времени порядка микросекунд. На основе этой технологии были созданы микроструйные генераторы плазмы, а также генераторы коронного разряда. Эффективность таких генераторов достигает 90 %; при этом 10 % энергии теряется на тепловыделение в пьезо-кристалле.
Свойства плазмы[править | править код]
Температура частично ионизированного газа порядка 300 К была измерена методами оптической спектроскопии. Плотности электронов порядка 10−16-10−14 м−3 могут быть достигнуты в области разряда. Сам разряд может быть зажжён в воздушной атмосфере, а также в атмосфере таких газов как аргон, гелий, азот.
Применения[править | править код]
Свойства плазмы непосредственного пьезо-разряда открывают большую область применений в медицинских технологиях, микробиологии и клинических исследованиях.[6]
Наиболее типичным промышленным применением плазмы непосредственного пьезо-разряда является плазменная активация поверхностей металлов и пластмасс с целью улучшения их смачиваемости. Такая обработка приводит к улучшению качества последующей склейки и печати. [7] При этом особая компактность генератора плазмы используется для создания портативных и ручных приборов.
Генераторы озона на основе плазмы непосредственного пьезо-разряда с высокой эффективностью создают средние концентрации озона.
Литература[править | править код]
- ↑ Ю.П. Райзер, Физика газового разряда, Издательский дом Интеллект, Долгопрудный, 2009
- ↑ M. Teschke and J. Engemann, Contrib. Plasma Phys. 49, 614 (2009)
- ↑ M. Teschke and J. Engemann, US020090122941A1, U.S. Patent application
- ↑ C.A. Rosen, K.A. Fish, H.C.Rothenberg, U.S. Patent No. 2,830,374 (April 1958)
- ↑ C.A. Rosen, in Solid State Magnetic and Dielectric Devices, edited by H. W. Katz (John Wiley & Sons, Inc., London, 1959) pp. 170-197
- ↑ A. Fridman, G. Friedman, "Plasma Medicine", Wiley; 1 edition (February 11, 2013)
- ↑ M. A. Lieberman, Al. J. Lichtenberg "Principles of Plasma Discharges and Materials Processing", Wiley-Interscience; 2 edition (April 14, 2005)
Ссылки[править | править код]
См. также[править | править код]
 | На эту статью не ссылаются другие статьи Википедии. |