大气压介质阻挡放电等离子体射流源研究进展

大气压介质阻挡放电等离子体射流是近年来兴起的一种新的大气压低温等离子体放电技术,是目前国际上等离子体科学与技术领域的研究热点之一.作为一种经济、便捷的等离子体产生技术,大气压介质阻挡放电等离子体射流对等离子体生物医学等新兴交叉学科的蓬勃发展起到了良好的推动作用.本文从大气压介质阻挡放电等离子体射流发生器结构设计入手,介绍了部分具有代表性的射流发生器的结构特点及设计思想,分析了不同构型射流源的优势与不足,总结了目前实际应用中大气压介质阻挡放电等离子体射流源特性提升所面临的挑战,并简要讨论了产生较大体积均匀稳定的氦和氩等离子体射流的发生器设计原则和基本特性.     

大气压脉冲放电等离子体的研究现状与展望

近年来,大气压脉冲放电等离子体研究受到了人们的格外关注.研究表明与交流驱动相比,脉冲放电产生大气压等离子体具有许多优势,如它的VUV、氧原子、及臭氧的产生效率高;峰值电流密度、电子密度、及电子产生效率也更高;在对介质表面处理时能达到更好的处理效果和更高的效率;还更易产生均匀的大面积等离子体;所产生等离子体的非平衡性更高;灭菌效果也更好等优点.但是,对于脉冲放电的放电机理,放电模式,及脉冲参数(上升沿和下降沿、重复频率、脉冲宽度等)对放电效果的影响,现在的研究还非常有限,且很零散.这一方面是由于大气压放电诊断本身就很困难,另一方面,由于脉冲放电快速的时空演化过程进一步加大了对其诊断的难度.再者,对其研究还受到脉冲电源参数的限制.本文对国际上大气压脉冲放电等离子体最新研究的代表性研究成果做了一个综述,并对今后的研究方向提出了几点建议.     

大气压级联辉光放电中射频放电对脉冲放电的影响

针对脉冲放电的起辉过程会影响脉冲介质阻挡放电效率的问题,在脉冲放电前引入脉冲调制射频放电组成级联放电.建立大气压氦气级联辉光放电的二维自洽流体数值模型,研究调制射频放电对脉冲放电特性的影响.深入探讨放电极板间隙中调制射频放电段结束后剩余的等离子体粒子的空间分布及时空演化过程.分析电子密度、离子密度和电场强度随时间与空间...     

电压幅值对均匀介质阻挡多脉冲大气压辉光放电的影响

基于一维流体力学模型,数值模拟研究了大气压下氦气中多脉冲均匀介质阻挡放电的性质,讨论了所加周期折线函数电压的幅值对多脉冲放电的相邻电流脉冲之间的时间间隔、放电装置的功率等电学特性的影响．模拟结果显示,当电压斜率不变,幅值变化时,不仅电流脉冲数目发生变化,而且相邻电流脉冲之间的时间间隔也发生变化,同时,放电装置功率的有效利用率也在不断变化．     

外加电压参数对大气压等离子体射流形貌的影响

大气压等离子体射流可以在开放的空气环境中产生富含多种活性粒子的低温等离子体羽,在材料合成、表面改性、生物医疗、环境保护等多种领域具有广泛的应用前景. 等离子体羽的形貌与活性粒子的时空分布有关,研究其形貌对等离子体射流的应用具有重要意义.针对目前等离子体形貌还不够丰富的问题,本文利用氩气等离子体射流,通过改变外加电压参数(电压峰值、驱动频率和偏置值)产生了几种形貌的等离子体羽(弥散圆锥状、丝加晕形、念珠串状和空心锥状),从而进一步丰富了等离子体羽的形貌.通过对比放电的电压和发光信号波形,发现除丝加晕形等离子体羽外,其他3种等离子体羽在每个外加电压周期均放电1次.不同的是,弥散圆锥状和念珠串状等离子体羽的放电出现在电压负半周期,为负放电.而空心锥状等离子体羽的放电出现在外加电压正半周期,为正放电.丝加晕形等离子体羽每个电压周期存在1个负放电和1个正放电.此外,还利用高速成像设备对这几种形貌等离子体羽的时空演化进行了研究.相关结果表明,负放电对应负流光的传播过程,而正放电对应正流光的过程.视觉上不同形貌的等离子体羽是正流光、负流光及其组合时间叠加的结果.本文的结果对大气压等离子体射流中等离子体羽形貌的深入研究及流光动力学的进一步发展均具有重要价值.     

大气压下氦/氮射频放电冷等离子体特性

大气压射频辉光放电冷等离子体由于摆脱了真空腔的限制,在生物医学、电子工业、国防等领域有非常广阔的应用前景。为了拓展等离子体形成气体的种类,降低该技术的应用成本,对大气压下纯氮射频放电进行了研究。实验中采用13.56MHz射频电源和裸露的平板电极在大气压下实现了纯氮射频辉光放电,并比较了纯氦、纯氮和氦-氮混合气体条件下的放电特性。实验结果表明,大气压条件下,纯氦辉光放电具有两个稳定的放电模式(α模式和γ模式),而纯氮目前则只能稳定地工作在γ放电模式。     

大气压低温等离子体射流及其生物医学应用

 大气压低温等离子体射流是近年来学术界兴起的新型研究领域,由于其在大气压下产生,气体温度低,活性高,在众多领域尤其是生物医学方面的应用引起了人们广泛的关注。本文依据驱动电源的不同分别介绍直流电源、交流电源、射频电源、微波、直流脉冲电源驱动的大气压低温等离子体射流装置,及其各自的物理特性、杀菌效果,以及大气压低温等离子体射流在生物医学方面的应用。最后叙述了大气压低温等离子体射流应用领域的前景,以及所面临的困难和可能的解决方法。     

电极尺寸对射流等离子体放电的影响及其在涤纶亲水研究中的应用

大气压脉冲介质阻挡放电射流等离子体中,羟基活性粒子的生成和调控对于等离子体在材料表面改性方面的应用具有重要意义,而羟基活性粒子的形成和调控又与放电结构密切相关。研究了接地电极宽度对大气压脉冲放电射流等离子体的影响：通过改变接地电极宽度,探究其对射流长度、放电强度的影响;通过增强型电荷耦合器件(ICCD)对放电时空演化进行分析;通过发射光谱分析放电产生的特征谱线。结果表明：当接地电极的宽度为1.5 cm时,射流长度最长;在射流3 mm处,有较强的羟基活性粒子浓度。利用大气压脉冲射流等离子体处理涤纶织物表面,验证了气相等离子体中羟基含氧基团与涤纶表面亲水处理效果的正相关性,为等离子体中活性粒子的控制和开发工业用等离子体源提供了参考。     

等离子体发生器脉冲放电特性实验研究

实验研究了自然环境压力条件下等离子体发生器的脉冲放电特性.利用动态分压器和罗果夫斯基线圈型电流传感器测试了脉冲放电过程中消融毛细管等离子体的负载电压和放电电流.实验发现:在放电回路中使用钳位二极管可以有效地调整脉冲放电状态,提高等离子体发生器工作稳定性;调整放电回路的参数值也实现了回路的过阻尼放电,达到使用二极管整流的效果.     

用大气压下空气辉光放电对聚四氟乙烯进行表面改性

通过放电的电气特性测量和发光特性观察,界定了空气中大气压下辉光放电(APGD)和介质阻挡放电(DBD)的不同放电特点.用扫描电子显微镜(SEM)观察、接触角测量和X射线光电子能谱分析(XPS)等手段,研究了空气中APGD和DBD对聚四氟乙烯(PTFE)表面进行改性的效果,并分析了APGD和DBD处理效果不同的原因.实验结果表明:PTFE表面经APGD和DBD处理后,其表面微观样貌和表面化学成分均发生变化,且APGD的处理效果优于DBD.APGD可以对PTFE表面进行更为均匀的处理,经APGD处理40s后,PTFE表面的w(O)从0增加到21%,表面的水接触角从118°下降到53°.     

高压脉冲放电等离子体处理酸性橙Ⅱ染料废水的实验研究

研究多针-板电极形式的高压脉冲放电等离子体体系对酸性橙Ⅱ染料废水的脱色效果,并研究脱色机理.结果表明,实验中所采用的多针-板电极形式的高压脉冲放电等离子体体系对酸性橙Ⅱ染料废水的脱色效果明显.在相同的脉冲电压下,系统的脉冲频率、电极间距以及溶液初始pH值和初始浓度等因素对溶液的脱色效果影响显著.在脉冲电压为30 kV,脉冲频率为75 Hz,电极间距为2.5 cm的实验条件下,反应体系放电60 min对酸性橙Ⅱ的脱色率可达92.7%.此项研究结论为进一步研究多针-板电极形式的高压脉冲放电等离子体体系的放电作用提供了依据.     

大气压介质阻挡放电特性研究

采用水作为电极,对大气压下空气介质阻挡放电的斑图结构(pattern fomation)进行了观测.研究了斑图结构与实验条件的关系.实验结果表明斑图结构中的丝密度随气体隙宽度的增加而减小.     

大气压低温等离子体的活性氧成分分析及其杀菌效应研究

系统分析了以Ar+O₂ (2%)为气源, 以直流辉光放电方式激发的大气压低温等离子体中的活性氧(ROS)成分及其杀菌的生物学效应。采用电子自旋共振(ESR)等技术方法, 对等离子体的ROS成分进行了检测分析, 同时采用低温等离子体在水下作用的方式探究了其对金黄色葡萄球菌的杀灭作用。通过电子自旋共振分析, 直接检测出两种活性氧自由基, 分别是羟自由基(OH?)和单线态氧(¹O₂), 间接证明了超氧阴离子(O₂^-?)的存在。同时用臭氧检测仪等对O₃和H₂O₂等进行了定量分析。等离子体能有效杀灭金黄色葡萄球菌, 10分钟杀菌率能达到99.9%。 低温等离子体中含有大量的ROS成分, 并能有效杀灭金黄色葡萄球菌, 可能的杀菌机制是ROS成分诱导细菌细胞内脂质、蛋白质、DNA等过氧化。研究结果提示大气压低温等离子体在临床医学研究中具有潜在的巨大应用价值。     

低气压等离子体放电条件对电离系数α的影响

采用双流体动力学模型，考虑带电粒子的连续方程和泊松方程，利用数值方法研究了低气压等离子体放电条件对电离系数的影响．结果发现，当放电条件发生改变时，阴极区和阳极区α随放电电流和气体压强变化的规律有很大差别，而且放电条件对α的影响在阴极区比正柱区要显著得多     

常压射流等离子体处理PET膜诱导自由基研究

为了考察常压射流等离子体(APPJ)处理对PET膜表面诱导自由基及其引发接枝共聚反应的效能,采用电子自旋共振技术(ESR)对APPJ处理前后PET膜表面生成的自由基及其衰变行为进行测试分析,并与接枝率测试结果进行对比。结果表明:纯He气体的APPJ处理更易引发PET膜表面生成自由基,处理时间越长,膜表面自由基浓度越高,自由基产物的稳定性受存储条件影响显著,自由基浓度越高的样品对应的接枝率也越高。     

Investigation of Atmospheric Plasma Discharge and Its Application to Surface Modification of Textile Materials

In this paper, an improved quasi-stable atmospheric pressure dielectric barrier discharge （DBD） plasma source is achieved after carefully controlled discharge voltage and current, discharge power, working gas, treatment period, and gap between the electrodes. This plasma source has been used to modify the surface of Polybutylene Terephthalate （PBT） melt-blown nonwovens and Polyester （PET） fabrics, and the various influences on surface modification and the aging effect of treated polymeric materials have been systematically investigated. In addition, the method of spectrum analysis is also used for diagnosing plasma paramneters such as electron temperature. Experimental results indicate that both the wettablity and permeation of treated PBT melt-blown nonwovens and dyeing ability of treated PET fabrics are certainly improved.