亚大气压辉光等离子体处理对聚烯烃隔膜纸亲水改性的影响

研究了亚大气压辉光等离子体处理对聚烯烃隔膜纸性能的影响,结果表明,原料为ES(H)纤维,亚大气压辉光等离子体处理隔膜纸压力为1500Pa,时间为5min时,隔膜纸亲水改性较明显,吸水高度、吸碱高度和吸碱率较高,碱损失和透气度符合要求,同时对抗张强度影响较小。电镜扫描图和红外光谱图也表明,经过亚大气压辉光等离子体处理后,纤维表面变得粗糙,纤维表面引入极性官能基团,如-COO、-OCH、-OH等,改变了材料的表面组成,提高了隔膜纸表面的亲水性。

等离子体表面处理与大气压下的辉光放电

与传统的方法相比,等离子体处理的高效、无毒、节能特性使得它在表面处理和灭菌消毒方面有着很好的应用前景,在上述工业领域,“经典”的大气压放电诸如电晕放电、介质阻挡放电以及电弧放电都不适用。然而,尽管低气压下的辉光放电已得到了很好的发展,大气压下辉光放电的实现还存在一些困难。目前,对大气压下辉光放电物理过程的探索集中在其物理机制、图像捕获以及大气压下空气中辉光放电的实现方面。

平板型与同轴型等离子体发生器射频大气压辉光放电特性分析

为了深入理解不同的等离子体发生器几何结构对其放电特性的影响规律,采用一维流体模型对平板型和同轴型两种不同结构等离子体发生器的放电特性进行了数值模拟研究,并对放电图像采用可见光图像处理技术进行了分析。数值模拟结果表明,平板型等离子体发生器所产生的等离子体主要参数(如电子温度和活性粒子浓度等)关于两电极中间平面对称,而同轴型等离子体发生器所产生的等离子体主要参数则呈现出非对称的分布规律,这与放电图像灰度值的空间分布规律定性一致。通过对等离子体中化学反应动力学过程的分析可知,不同结构发生器所对应的等离子体主要参数的空间分布规律依赖于不同电极结构所导致的放电区电场强度的空间分布。

大气压交流辉光放电等离子体气-液相化学反应器

本文介绍一种大气压交流辉光放电等离子体气－液相化学反应器的结构、放电实验及应用结果。该反应器在气－液混合和大气压条件下顺利地产生了氢等离子体，并在常温、常压和无催化剂作用下，对液相Ｃ１８烯酸进行选择性加氢。结果表明，作为原料的Ｃ１８烯酸的碘值（ＩⅤ）降低了１０％，色谱分析不仅验证了这一结果，而且表明有较好的选择性。

电流密度对大气压射频辉光放电等离子体特性影响的数值模拟

由裸露金属电极结构发生器产生的大气压射频辉光放电（radio frequency atmospheric pressure glow discharge,RF APGD）等离子体射流具有活性粒子浓度高、射流温度较低且可控性强等特点。为研究电流密度对大气压射频辉光放电等离子体特性的影响规律,采用数值模拟的方法,以高纯氦为工作气体,通过流体模型分别对RF APGD放电区和射流区进行了一维非稳态和二维准稳态数值模拟。论文揭示了放电电流密度对RF APGD等离子体特性的影响规律。计算结果表明：在放电区,随着放电电流密度的增加,活性粒子数密度和气体温度均显著升高,当电流密度较高时,放电由α模式转化为γ模式;而在射流区,一方面,随着放电电流密度的增加发生器出口处的气体温度和等离子体密度提高,另一方面,由于气体温度的升高会提高射流区部分去电离反应的速率,导致射流区电子和离子衰减得更快,从而使得射流区不同空间位置处的活性粒子数密度并非随电流密度增加而单调增加。

大气压射频辉光放电电子数密度解析解及等离子体阻抗特性研究

为研究大气压射频辉光放电等离子体阻抗特性,基于射频放电的一维均匀假设模型,推导出了适用于α模式、高气压和小间隙条件下的电子数密度ne的解析解,从而可由实验测得的电压和电流幅值计算出ne;构建了描述整个放电区域的"电阻-电容混联"等效电路模型,模型参数可由ne计算得到。通过与他人数值模拟得到的ne对比,验证了该解析解的正确性。实验结果表明:放电电压和电子数密度随电流密度的增加而线性增加;鞘层厚度、准中性区的等效电容和鞘层的等效电容受电流密度变化影响不大;准中性区的等效电阻和放电间隙总等效阻抗随电流密度的增加而减小。实验结果还指出了前人工作中存在的一些问题:在小间隙时错误地忽略鞘层厚度,认为准中性区的长度就是电极间隙距离;不合理地将准中性区场强近似为0。未来工作希望进一步推导低气压或大间隙时电子数密度的解析解。

电弧及辉光微等离子体大气压取样的发射光谱研究

在线化学分析需要实现开放环境下的样品取样和电离/激发。相比于激光切削或者激光诱导击穿,大气压微等离子体系统结构简单,更利于小型化。因而基于大气压微等离子体的在线化学分析技术引起行业的广泛关注。为了确定合适的微等离子体源进行样品的在线元素检测,需要进一步了解各放电模式及工作参数下微等离子体的自身特性以及取样效果。该工作主要研究了电弧及辉光放电微等离子体在大气压下对样品铁取样发射光谱的特性。实现了在开放环境下对高熔点金属样品的在线检测,并发现电弧放电微等离子体与光谱分析源联用具有更高的取样效率。高采样效率的电弧放电微等离子体源为实现金属及难解离样品的检测提供了一种新的方法。同时,相较于传统的取样装置,避免了复杂的样品制备、样品传输过程。实验装置采取简单的针对板放电结构,分别利用高压脉冲电源、直流电源获得电弧放电和辉光放电。实验的结果表明,在放电功率近似相等的条件下,电弧放电产生的微等离子体对样品铁取样的光学发射谱中,样品元素的特征谱线占据主导地位,同时伴随有空气中氮气的谱线,而且铁离子(FeⅡ)谱线的相对强度显著高于氮气分子谱线的相对强度。而在直流辉光放电中,样品铁原子(FeⅠ)谱线相对强度非常不明显。由此说明,电弧放电产生的微等离子体具有更高的采样效率。放电在样品表面留下的溅射坑也得出了相同的结论。增加辉光放电电流到25mA,发现样品元素铁的谱线仍然没有明显的增强。同时,也研究了采样间距对两种采样模式的影响。实验结果表明,间距对两种模式的采样光谱没有显著的影响。采用主要成分为铝的合金铝箔进行了上述对比实验,得出相同的结论,即电弧放电微等离子体更适合作为光谱分析源来实现对金属样品的实时快速检测。

大气压直流激励空气等离子体羽发光的时空演化

在针-针电极结构的放电装置中以环境空气作为工作气体,大气压下产生了刷形等离子体羽。尽管使用的是直流电源,但放电发光呈现出脉冲性质,发光脉冲频率几乎不受气体流速的影响,但与电源输出功率成正相关关系。等离子体羽的长度与气体流速或者电源功率成正相关关系。通道出口附近,777.4nm的氧原子谱线强度分布是非对称的,阴极附近处的谱线强度高于阳极附近处的谱线强度。远离通道出口位置,谱线强度逐渐趋于轴对称分布。电学特性和10μs曝光高速影像结果表明,空气等离子体羽实际上是由拱形放电丝在远离通道出口的运动过程中叠加而成,同时放电从弧光放电丝向均匀辉光放电转化。

大气压空气针针电极结构辉光-弧光放电等离子体光谱特性研究

本文利用阻容耦合方式,成功的在大气压空气中获得了具有弥散结构的针针电极结构的辉光放电等离子体,并利用发射光谱对辉光放电等离子体温度特性进行了诊断研究。研究表明,等离子体气体温度开始随放电电压的增大而升高,并在一定的电压条件下温度发生跳变,实现放电在较高温度、较低温度的辉光放电和弧光放电三种放电形式之间的转变。

空气中大气压下低温等离子体对聚四氟乙烯进行表面改性的研究

建立了空气中产生大气压下辉光放电 (APGD)和介质阻挡放电 (DBD)的装置 ,通过放电的电气特性和发光特性测量 ,界定了APGD和DBD的放电特点。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 ,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APGD和DBD处理后PTFE的表面特性 ,并解释了两种放电形式处理效果不同的原因。结果表明 :APGD的处理效果要优于DBD ,即APGD可以对PTFE表面进行均匀处理 ,在其表面引入更多的O元素 ,使其接触角下降到更低值。

大气压液体阴极等离子体的电学特性

大气压液体电极放电是近年来兴起的一种产生大气压等离子体的新方法,此方法因为结构简单、成本低廉、操作方便等优点而具有广泛的应用前景。为此,采用水平面为放电阴极、金属棒为放电阳极,产生了大气压辉光放电等离子体;试验测量了放电等离子体的伏安特性,表明放电发生在反常辉光放电模式,在40～100mA范围内,随着放电电流的增加,放电越来越强烈;分析了阴极尺寸对放电伏安特性的影响,发现较小的阴极表面积需要更高的放电电压,并且微分电阻更大;对比了阳极直径对放电伏安特性的影响,发现较小的阳极直径需要更高的放电电压但是放电更加稳定;讨论了溶液pH值对放电等离子体阴极位降的影响,结果显示,降低溶液的pH值能够有效降低等离子体的阴极位降;试验研究了溶液pH值随放电时间的变化,研究结果表明,随着放电时间的增加,液体阴极的pH值降低,说明放电后溶液中有酸性物质产生。该研究成果对液体阴极放电等离子体的机理研究具有一定的指导意义。

辉光放电电解等离子体降解水体中的亚甲基蓝

用辉光放电电解等离子体(GDEP)技术对模拟染料废水亚甲基蓝(MB)的降解过程进行了研究.通过紫外光谱(UV)分析了放电电压、催化剂对其脱色率的影响,用电导率仪和酸度计测定了降解液的电导率和pH值的变化.结果表明,在最佳电压为600V和放电120min时,可使200mL 20mg·L-1的MB的脱色率达到95.40%,脱色降解过程符合动力学一级反应的特征;降解过程中溶液的最大吸收波长发生蓝移,溶液的电导率先迅速增大后逐渐减小,溶液的pH值先减小后存在增大的趋势,说明在放电过程中产生了大量带电离子及酸性中间产物;Fe2+和Fe3+对MB的降解有催化作用,5min时可使MB的脱色率分别达到95.61%和93.16%;羟基自由基(·OH)对MB的降解起关键作用.

大气压氩气介质阻挡放电等离子体特性变化的一维仿真

针对平行平板型大气压氩气介质阻挡放电(DBD),考虑等离子体中电子能量的贡献,建立了一维多粒子流体模型。通过对模型的求解,详细分析了频率为10 k Hz、幅值为1.5k V正弦电压驱动放电的变化过程,包括放电等离子体中各特性参数,如电子数密度、亚稳态氩原子数密度、放电间隙电位和电子温度等的时空变化过程。结果发现:放电模式从Townsend放电转变为稳定的辉光放电,在辉光放电阶段,放电间隙存在明显的阴极位降区、阴极辉区、Faraday暗区和正柱区等特征区域,且电子能量在不同的放电阶段有着不同的能量损失渠道。与此同时,探讨了固定驱动频率为10 k Hz,不同电压幅值的情况下,放电等离子体的粒子特性参数及放电模式。结果表明:电压从1.5 k V提高到3.5 k V时,最高电子温度、电子数密度、正离子数密度和亚稳态氩原子数密度均有所提高;简单分析了2.5 k V电压,不同频率下的电流波形和各种粒子在电流脉冲峰值处的空间分布,发现50 k Hz和100 k Hz的情况下,放电间隙阳极出现了阳极辉区;第一个电流脉冲峰值时刻,放电正柱区覆盖了Faraday暗区,而第二个宽电流脉冲时刻,法拉第暗区又重新出现。

大气压射流等离子体放电特性及其灭菌效果

介绍了一种同轴电极的射流等离子体发生装置,可以直接在大气中将生成的氦气辉光放电射流等离子体喷出进行杀菌消毒,无需反应容器和真空系统,并从电压、频率、流速等方面讨论了该同轴等离子体发生器的放电特性。在稳定的放电条件下,利用实验装置进行了大气压下的等离子体灭菌实验,验证了本装置在等离子体灭菌应用上的可行性和易操作性。灭菌结果表明:在最初的2 min内,细菌减小趋势明显,3 min后细菌几乎全部消亡。

大气压低温等离子体技术对纤维表面改性的研究进展

文章主要介绍了大气压低温等离子体的改性机理、改性方法(包括等离子体表面处理、等离子体聚合沉积、等离子体接枝聚合)、产生方式(电晕放电、介质阻挡放电、大气压辉光放电、大气压低温等离子体射流)及在纤维表面改性方面的应用进展。

电源频率对大气压氦气射流等离子体放电特性的影响

为探究大气压射流等离子体放电特性,利用同轴双环电极结构等离子体射流装置,研究电源频率、外加电压对氦气射流放电电流、起始电压、消耗功率、放电平均功率、射流长度等参数的影响规律。结果表明:放电图像在f=7.88,8.40,8.90 kHz电源频率下,随着电压增加,等离子体射流长度先增长后稳定;电压-电流关系符合辉光放电特征;同一电源频率下,随外加电压升高,放电电流脉冲个数增多、幅值增大、脉冲曲线产生畸变,装置消耗功率和放电功率所受影响不大。

大气压射频辉光放电阻抗特性的实验研究

为研究大气压射频辉光放电过程中不同工作气体(氦气和氩气)对发生器等效阻抗的影响,基于等离子体的介电特性,建立了描述等离子体区域的"电阻-电容混联"等效电路模型;通过实验测量放电电压及电流,并基于等效电路模型来计算等离子体在放电过程中的电子数密度,从而得到等离子体发生器的等效阻抗。实验测量了大气压射频辉光放电的放电电压及电流,并基于等效电路模型得到了等离子体发生器的等效阻抗及放电区的电子数密度。实验结果表明:对氦气和氩气放电,在α放电模式下其电阻及电抗的绝对值均随着放电电流的增加而减小,而电子数密度则随放电电流的增大而线性增加;且在相同的放电电流条件下,氩等离子体的电阻和电容都比氦等离子体高。研究结论可作为等离子体在不同工作气体条件下放电阻抗匹配研究的参考。

裸露金属电极大气压射频辉光放电研究进展

射频大气压辉光放电等离子体在等离子体辅助刻蚀、薄膜沉积、消毒灭菌、空气净化、战地生化清洗等领域有着非常广阔的应用前景。目前,采用具有裸露金属电极结构的等离子体发生器实现大气压条件下氮气、氧气以及空气等廉价气体的稳定射频辉光放电是一项具有挑战性的研究工作。本文以采用诱导气体放电法和局部电场强化法产生纯氮、纯氧及空气的大气压射频辉光放电等离子体以及大气环境下气体流动对等离子体放电特性的影响为重点,综述了裸露金属电极结构的大气压射频辉光放电等离子体电特性实验研究的最新进展。