大气压放电等离子体研究进展综述

本论文简要回顾了大气压放电等离子体的发展历史,介绍了大气压放电等离子体的产生方式和分类,从基础研究和应用两个不同的层面分析了大气压与低气压放电等离子体的异同点。在此基础上,就大气压放电等离子体在生物医学、环境保护、先进材料合成、主动流动控制以及辅助燃烧等典型应用领域的研究进展进行了详细的综述,包括大气压放电等离子体在上述不同领域的研究进展以及亟待解决的主要科学和技术问题等。基于此,凝练了目前大气压放电等离子体源基础和应用研究所面临的共性关键科学问题和核心技术问题,这对今后该领域开展多学科深度融合的、以应用为导向的研究工作具有一定的借鉴作用。

大气压甲烷针-板放电等离子体中粒子密度和反应路径的数值模拟

甲烷针-板放电与重油加氢耦合形成甲烷转化重油加氢,可实现重油高效加氢并增产高附加值低碳烯烃,有实践应用前景和科学研究意义.建立二维流体模型,对大气压甲烷针-板放电等离子体进行数值模拟,得到电场强度、电子温度和粒子密度的空间与轴向分布,总结反应产额并提炼生成各种带电和中性粒子的关键路径.模拟结果表明,CH_3^+和CH_4^+密度与电场强度和电子温度的轴向演化接近且密切相关;CH_5^+和C_2H_5^+密度沿轴向先增大后减小;CH_3与H密度的空间和轴向分布几乎相同;CH_2,C_2H_4与C_2H_5的粒子密度分布在靠近阴极的区域内明显不同而在正柱区内较为相像;电子与CH_4发生电子碰撞电离生成的CH_3^+和CH_4^+,CH_3^+和CH_4^+分别与CH_4发生分子碰撞解离生成C_2H_5^+和CH_5^+;电子与CH_4间的电子碰撞分解是生成CH_3,CH_2,CH和H的主导反应;CH_2与CH_4和电子与C_2H_4发生的反应分别是生成C_2H_4和C_2H_2的关键路径;电子与CH_4间的电子碰撞分解反应和CH_2与CH_4发生的反应的产额各占H_2总产额的52.15%和47.85%.

基于电磁模型的大气压表面波等离子体数值模拟

针对表面波等离子体模拟复杂程度高和计算工作量大的问题,提出基于电磁模型来开展大气压等离子体的数值模拟。根据表面波等离子体的放电特性,合理建立和简化电磁模型。通过对比实验诊断与数值计算结果,验证了模型的可靠性及其参数适用范围,拟合得到的电子有效碰撞频率((1.5±0.25)×10^(11)s^(−1))与实验测量值吻合。在此基础上,重点考察了外部控制参数(介电常数、激励频率(2.45 GHz和915 MHz)、放电管几何尺寸(壁厚和内径))对等离子体密度和电磁参数(电场分布和传播常数)等的影响。结果表明,电子密度及其轴向梯度随着介电常数、激励频率和壁厚的增加而增大,而随着内径增大而减小。在电场分布上,维持等离子体的电场主要是表面波的轴向分量E_(z)。随着微波激励频率的降低,表面波在等离子体内的趋肤深度增加,E_(z)的径向分布变得更加均匀。表面波的衰减常数α和相位常数β随介电常数和壁厚的增加略微增大,而随频率和内径的增加显著减小。模拟结果定性分析了实验放电参数与外部控制参数的关联性。

短间隙大气压氦气介质阻挡放电中非线性现象的1维流体仿真

大气压介质阻挡放电(DBD)因其广泛的应用前景而备受关注,其中,如何获取均匀稳定的放电是相关研究中的关键问题。短间隙平板电极的氦气DBD易于产生稳定的弥散放电,但前期的实验研究发现,其在一定的条件下可呈现出不对称、多倍周期和混沌等时域非线性现象。鉴于此,借助氦气DBD的1维流体模型仿真,研究了其在外施电压幅值变化时所诱导的放电非线性现象的演化过程及特征。相比之前报道的同类模型,该模型考虑了更复杂的等离子体化学过程,计算的电流波形与实验测量波形具有较好的一致性。仿真结果显示:随着电压幅值升高,放电依次经历了1倍对称周期、1倍不对称周期、2倍周期、混沌、3倍周期,并最终稳定在1倍对称周期的演化过程。进一步分析表明,在各种非线性现象中,半周期内的单次放电包含了从类汤森放电到辉光放电的转变过程,因此电流波形都表现为陡峭的尖峰形状;从放电熄灭至下一次放电之前,残留的正柱区将完全消散。有别于以前报道的较长间隙氦气DBD中放电非线性现象与残留正柱区的密切关联,短间隙放电中非线性现象的出现和演化可能是一种更为精细的电子-离子参数失调的结果。

不同等离子体处理氧化锆对人牙龈成纤维细胞黏附能力的影响

目的:比较以不同种类气体为工作气体的大气压放电冷等离子体处理氧化锆对氧化锆表面人牙龈成纤维细胞生物学行为的影响。方法:将20个氧化锆试件随机分为4组:对照组(无处理),氦气大气压介质阻挡放电等离子体处理90 s组(He组),氩气大气压介质阻挡放电等离子体处理90 s组(Ar组),95%氩气+5%氧气大气压介质阻挡放电等离子体处理90 s组(Ar+O2组),每组5个。分组处理后观察氧化锆表面形貌,测定表面粗糙度及润湿性,分析表面元素组成,培养人牙龈成纤维细胞3 h测定细胞在氧化锆表面的初期黏附能力,免疫荧光染色观察细胞黏附初期细胞形态。结果:等离子体处理后氧化锆表面形貌及粗糙度无明显改变,接触角均显著降低(P<0.05),其中Ar组及Ar+O2组接触角与He组具有统计学意义(P<0.05)。X射线光电子能谱分析结果显示,等离子体处理后氧化锆表面C/O比分别下降至0.45(He组)、0.36(Ar组)和0.33(Ar+O2组)。经Ar及Ar+O2混合气体等离子体处理的氧化锆表面人牙龈成纤维细胞黏附初期数量提高,差异具有统计学意义(P<0.05)。相对于对照组,不同等离子体处理后的氧化锆表面成纤维细胞黏附及增殖情况更佳,细胞在黏附初期形态铺展更佳,伸出伪足更多。结论:不同种类大气压放电冷等离子体处理氧化锆可在不改变材料表面形貌及粗糙度的情况下通过在材料表面引入含氧官能团提高材料表面润湿性;以Ar+O2混合气体为工作气体的大气压放电冷等离子体可显著提高人牙龈成纤维细胞在氧化锆表面的早期黏附能力。

大气压辉光放电低温等离子体诱变选育谷氨酰胺转胺酶高产菌株

以茂源链轮丝菌(Streptoverticillium mobaraense)03-10为出发菌株,采用一种新型的裸露电极大气压辉光放电的冷等离子体技术对链霉菌孢子进行诱变。根据双层平板法菌落显色及诱变处理后菌落形态差异快速筛选谷氨酰胺转胺酶高产突变株。突变率、正突变率分别达到42.8%和20.6%。最后复筛选育出具有较好遗传稳定性和形态稳定性的高产突变株G2-1,酶活达到2.73U/mL,比出发菌株提高了82%。