光谱法研究大气压氩气等离子体射流的气体温度

采用针-板介质阻挡放电结构的射流装置,在大气压空气环境下产生了氩气等离子体羽.通过采集外加电压、电流及发光信号发现,在电压正、负半周期各有一个电流脉冲.就电流峰值而言,正脉冲大于负脉冲.等离子体羽的发射光谱包含氩4p→4s跃迁谱线、氮分子第二正带系(C~3Π_u→B~3Π_g)、带头位于308.0 nm的OH转动谱线(A~2Σ~+→X~2Π)和777.4 nm的氧原子发射谱线.通过拟合N_2(C~3Π_u→B~3Π_g)和OH的转动光谱,可以获得等离子体羽的气体温度.研究发现,拟合N_2第二正带系得到的气体温度要高于拟合OH转动光谱得到的气体温度.分析表明,氩的亚稳态Ar(4s)能够将能量转移给基态N_2,使其跃迁到高转动能级的激发态(C~3Π_u).因此,这种传能导致具有高转动能级氮分子布居数的增加,进而导致利用其计算得到的气体温度相对较高.利用OH的转动谱带拟合计算了气体温度,并研究了气体温度随实验参数的变化.结果表明,增大峰值电压及气体流量导致气体温度升高,但增加驱动频率气体温度降低.     

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。     

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.     

乙醇掺氮放电大气压等离子体射流的光谱特征研究

对乙醇放电的大气压等离子体射流进行了研究.用发射光谱(OES)法观察了等离子体光谱中的C,CN,CH和C_2基团.在Ar与乙醇混合物等离子体的光谱中,分别在473.7,516.4和563.5nm处出现了3个明显的C_2分子谱线;在388.3nm出现了CN自由基分子谱线.掺入氮气后在422nm处出现了新的CN谱线,C_2谱线则只出现在516.4nm处,473.7和563.5nm处的C_2谱线明显消失.当乙醇含量不变时,随着氮气流量的增加,可以显著地提高CN基团的谱线强度,同时有效地抑制C_2基团的谱线强度.     

光化线强度法研究大气压等离子体射流的氧原子浓度

等离子体射流产生的众多活性粒子中,氧原子是化学活性非常强的氧化剂,也是生成其他含氧活性粒子的基础,因此确定氧原子浓度及其时空分布对提高等离子体射流的应用效率具有重要意义.针对于此,本工作利用单电极等离子体射流产生了实心结构的等离子体羽,利用高分辨光谱仪采集了放电的发射光谱.结果表明,等离子体羽中确实含有氧原子等活性粒子.采用光化线强度法通过比较氧原子谱线(777.4 nm)和氩原子谱线(750.4 nm)的强度比研究了等离子体中氧原子浓度.结果表明:等离子体羽中的氧原子浓度随着距离喷口距离的增加先减小后增大;固定其他实验参数的情况下,氧原子浓度随着外加电压峰值和工作气体流量的增加而增大;当工作气体中掺入空气后,等离子体羽中氧原子浓度随着空气体积分数的增加先增大后减小.结合放电机制,对以上实验现象进行了定性分析,所得结果对于大气压等离子体射流的应用具有重要意义.     

大气压脉冲调制微波发卡氩等离子体射流的电离行为研究

大气压微波等离子体射流具有高密度、高活性的优点,但是难以调制出特定需求的等离子体射流形貌,从而限制了微波等离子体射流的应用范围.本文构建了脉冲微波发卡谐振放电装置,产生了大气压脉冲调制微波氩等离子体射流.实验表明,脉冲调制微波等离子体射流存在三种典型的放电形态:当脉冲频率为10 kHz时,氩等离子体射流呈现周期性变化,且在发卡的开口端形成了拱形的等离子体形貌;当脉冲频率为30 kHz时,氩等离子体射流呈现非周期性变化,等离子体形貌为月牙形;当脉冲频率为60 kHz时,氩等离子体射流呈现大尺度非周期性变化,此时形成了类椭圆形等离子体形貌.此外,微波瑞利散射实验测定了氩等离子体射流的时空电子演化过程,得出电子密度峰值为4.06×10²¹m^-3,电子数在10¹³的量级且随入射功率呈周期性变化.结合实验和仿真结果,三种放电形态的形成机制可归因于局域增强电场的共振激发、微波等离子体射流中的电离波推进、脉冲调制微波氩等离子体中不同粒子的时空分布等共同作用.     

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.     

脉冲电压对大气压脉冲放电等离子体射流的影响

在固定脉冲频率及占空比的情况下,研究脉冲电压对大气压脉冲放电等离子体射流长度的影响。分析脉冲放电的电流电压波形、等离子体射流的光发射强度的时空演化过程以及等离子体子弹速度的变化。结果表明:等离子体子弹随脉冲电压的增大由单子弹变为双子弹再变为单子弹;射流长度相应地先增长然后趋于稳定,射流长度由增长转变为稳定的转变电压正好处于形成双子弹的脉冲电压附近。     

同轴微波共振探针诊断大气压等离子体射流的仿真

介绍了一种用于诊断大气压等离子体射流的同轴微波共振探针,利用微波传输线理论分析了探针共振谱与等离子体参数之间的关系.通过仿真模拟得知,探针的共振频率不受等离子体参数的影响,其共振频率与在空气中的共振频率一致;共振半高宽与等离子体的电子密度成正比,与电子温度成反比.根据分析与模拟结果,获得了一种诊断大气压等离子体射流的方法,研究同时表明,探针材料的电导率是产生误差的重要原因.     

双频大气压冷等离子体射流制备TiO_2的表面形貌研究

利用N_2携带先驱体钛酸异丙酯,通过双频驱动的Ar/O_2大气压冷等离子体制备了TiO_2薄膜,探究了不同放电参数对TiO_2表面形貌的影响.研究结果表明,不同的放电参数可以制备出纳米纤维状、球状和塌陷的球状不同形貌的TiO_2.制备的TiO_2包含锐钛矿相和金红石相.同时利用光谱仪和射频分析仪对离子体的光学特性和电学特性进行了检测.     

大气压等离子体射流引发液相OH与H2O2的研究

<正>等离子体是固、液、气之外的第4种物质存在状态,可以通过激发工作气体高压放电产生,系大量活性基团、高能电子和离子、亚稳态粒子、光子等组成的混合体,具有极高的化学活性．近年来随着大气压低温等离子体技术的快速发展,等离子体在生物医学上的研究和应用日益增多,特别是在肿瘤治疗中的潜在应用得到了广泛关注．等离子体医学领域的研究已逐渐成为多学科交叉、相互促进的关注热点之一．     

Ar/SiCl_4大气压等离子体射流沉积SiO_2薄膜

以氩气为携带气体,SiCl4为源材料,使用双频(50kHz/33 MHz)组合功率源大气压等离子体射流(APPJ)装置,以空气中的氧气作为氧化物质沉积SiO2薄膜.用发射光谱检测等离子体组成物种,并研究了随源材料(SiCl4)含量的不同,体系内各主要物种的变化情况并以此得到较优的沉积条件.分别用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及傅里叶红外光谱(FT-IR)对所沉积薄膜的形貌、化学成分和化学结构进行检测.XPS表明薄膜主要组成元素为Si、O以及少量的Cl.FT-IR显示薄膜化学结构主要为Si-O-Si和Si-OH键.     

轴对称等离子体射流的实验研究

等离子体射流具有广泛的应用前景。建立了轴对称等离子体射流的模型,得出层流状态下等离子体射流的长度与流量成正比。采用Ne、He、Ar在大气压下用介质阻挡放电的手段得到了等离子体射流,发现层流状态下等离子体射流长度与模型结论一致,但是随着激励电压的升高和气体流量的增大,等离子体射流会发生从辉光放电到丝状放电、从层流到湍流的转捩,射流长度会先增大后减小;工作气体的不同对等离子体射流的性质也有重要影响。     

大气压非平衡等离子体注入烟气脱硝研究

为改进羟基自由基烟气脱硝效率,采用强电离电场放电方法制取高浓度羟基自由基,并直接注入烟气中氧化NOx生成硝酸,整个过程无催化剂、吸收剂.研究了·OH注入量和气体温度的变化对脱硝率的影响.结果表明,NO及NOx的脱除率随·OH注入量的增大明显上升,烟气温度为70℃,流量1.2 m3/h,NO被完全脱除,NOx脱除率可达92%以上.温度是影响脱硝率的主要因素之一,温度每升高10℃,NOx脱除率降低约13.3%.在一定范围内,NOx初始浓度对于脱硝率影响甚微.     

大气压下低温表面等离子体发射光谱实验研究

由于受到空气大气压条件下沿面放电介质阻挡等离子体的空间结构限制,选用光栅单色仪对其进行了光谱测量,获得了不同电源频率和电极间隙条件下的光谱谱线.实验结果表明:不同条件下的谱线形状相同,其中主要为氮气放电;光辐射强度与频率间存在线性关系;电极间隙为零时,光辐射强度最大,当电极间隙向正负两侧偏离零时,其强度呈对称线性下降;各峰面积所占谱线总面积比重不随电源频率和电极间隙变化.     

大气压等离子体射流引发液相OH与H2O2的研究

大气压等离子体在生物医学领域有着巨大应用前景,等离子体引发的液相OH和H₂O₂具有重要的医学效应.明确等离子体工作参数与液相OH和H₂O₂生成之间的关系,进而实现液相OH和H₂O₂的调控,对于探明等离子体医学中关键作用机制具有重要的意义.笔者利用微秒脉冲直流高压等离子体射流作用去离子水,通过发射光谱研究不同工作参数（工作电压、脉冲宽度、脉冲频率以及工作气体组分）下等离子体射流关键气相激发态粒子的变化规律;采用荧光探针结合酶标仪测量了不同工作参数（工作电压、脉冲宽度、脉冲频率以及工作气体组分）下等离子体射流引发的液相OH和H₂O₂的绝对含量,并分析了它们之间的差异.结果表明：等离子体引发的液相OH可能主要是由高能粒子与水面的水分子反应生成的,气相OH溶解到水中的部分不是液相OH的主要来源;而液相H₂O₂则主要是由气相OH复合生成气相H₂O_2...     

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.     

火花放电等离子体射流耗电特性研究

对火花放电等离子体射流发生器进行能耗研究实验,将功率计串联接入实验系统以检测放电回路的功率,考察其能耗特性。通过改变电源频率和占空比大小调节发生器工作状态,用皮托管测量其所产生的射流速度,同时测量整个试验回路所耗功率,从而得到火花放电等离子体射流发生器耗能特性,并分析所耗功率对射流速度的影响。试验结果表明,放电回路的功率与电源的占空比呈正相关关系,而与电源的频率呈负相关关系。总体而言,射流速度越大耗电功率也越大。     

阵列式等离子体射流特性的研究

研究了大气压下阵列式等离子体射流特性,以实现和完善大气压下大面积的低温等离子体灭菌技术.采用MAXWELL 3D软件仿真及实验的手段,研究相关因素对各种阵列式等离子体射流特性的影响.包括在单管等离子体喷射中的一些基本影响因素(电压、气体流速等)和阵列式等离子体喷射实验中所特有的一些因素(气流均匀度、电极单元间距及电极布置方式).实验在大气压氦气环境下进行,然后通过专门研发的高频高压等离子体放电电源进行了介质阻挡放电.实验结果实现了大气压下阵列式等离子体喷射,证明了通过阵列式等离子体喷射方式来实现大面积等离子体灭菌技术的可行性.除此之外还得出了各种相关因素对阵列式等离子体射流特性的具体影响,用以完善阵列式等离子体射流技术,进行更大面积的灭菌处理.     

大气压等离子体清洗的反应动力学方程

近些年,大气压等离子体射流清洗得到广泛的关注,而实现等离子体射流清洗效果的定量控制也是这些年研究的热点之一.文中在反应动力学理论和阿仑尼乌斯定律的基础上建立了大气压等离子体射流清洗的反应动力学方程,并根据所建立的反应动力学方程确定了等离子体射流清洗装置反应动力学方程中的参数:指前因子和活化能,从而建立了该射流清洗装置的反应动力学方程,并将反应动力学方程所得到的清洗效果理论值与相同参数条件下实验所得到的清洗效果进行了对比,结果表明实验值与理论值吻合的很好,验证了所得到的大气压等离子体射流清洗反应动力学方程的可靠性.大气压等离子体射流清洗反应动力学方程的建立为实现现代化工业生产中清洗效果的定量控制提供理论基础和研究方法.