大气压等离子体射流功能改性硅树脂的工艺研究

[目的]采用大气压等离子体射流(APPJ)技术在聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面产生结构色的方法和机制鲜有报道。[方法]通过对处在拉伸状态的PDMS进行1 min的氩气等离子体处理,然后释放拉应力,获得了具有环形渐变结构色的PDMS。[结果]扫描电镜(SEM)照片揭示,APPJ处理后的PDMS表面生成了周期排列的纳米褶皱结构,且褶皱周期是逐渐变化的。X射线光电子能谱(XPS)分析表明,经APPJ处理的PDMS表面发生了进一步交联和氧化,生成了弹性模量比PDMS更高的氧化硅物质层。可见光吸收和反射光谱分析表明,具有结构色的PDMS对可见光表现出了更低的反射率,而其垂直方向的可见光透过率则无显著改变。[结论]通过APPJ技术能够简单、快速地对有机硅化合物表面进行改性而获得精细结构色,该工艺方法有望满足显示、传感、防伪、功能材料等领域的实际需求。

大气压等离子体射流在环境领域的应用进展

大气压等离子体射流(APPJ)是一种新兴的大气压等离子体放电技术,其在大气压下产生,具有放电温度和激发电压低、放电装置灵活、操作简便安全等优点,能够在大气环境中产生,在生物医学、环境卫生、材料改性等多领域具有广泛的应用前景。概述了近年来国内外APPJ在环境卫生和环境污染治理等环境领域,特别是环境灭菌、环境污染物去除和环境藻类治理等方面的应用;阐述了APPJ的射流装置与处理方式、效果和机理;基于研究现状,探讨了APPJ在环境领域应用存在的问题与解决途径,主要包括其灭菌降解机理、试验规模放大、等离子体射流发生装置设计和等离子体射流电源研发;最后展望了该技术未来在环境领域应用的发展方向和趋势。

大气压等离子体射流放电参数对沉积氧化钛薄膜特性的影响

大气压等离子体增强化学气相沉积(AP-PECVD)功能薄膜技术受到广泛的关注,但等离子体的作用机理仍有待进一步探讨。利用针-板电极大气压电晕Ar等离子体射流,在不同放电频率条件下,对单、双脉冲的放电参数及沉积TiO_(2)薄膜的性质进行比较,阐明了脉冲放电特性对等离子体参数和TiO_(2)薄膜生长的影响,进而推断AP-PECVD中等离子体的作用机理。结果表明:单个电压周期内,放电电流呈稳定的单脉冲或双脉冲,电晕等离子体射流区域呈均匀弥散分布,沉积的氧化钛薄膜均匀致密;其他条件相同的情况下,双脉冲放电极间平均耗散功率、等离子体气体温度大于单脉冲放电,并且等离子体区域发光显著增强,发射光谱计算得到大气压等离子体射流电子激发温度约8000 K,双脉冲等离子体射流电子温度略高于单脉冲等离子体射流。对于薄膜生长,双脉冲放电薄膜沉积速率比单脉冲放电大,沉积的薄膜更加致密,亲水性更强。由于等离子体参数上的差异,在钛酸异丙酯解离过程和TiO_(2)薄膜形成时的表面扩散过程中,双脉冲等离子体射流比单脉冲射流贡献更大,有利于快速沉积更致密、亲水性更高的氧化钛薄膜。

活性氧介导非热大气压等离子体杀伤肺癌细胞的机制

使用非热大气压等离子体(nonthermal atmospheric plasma,NAP)处理肺癌H460细胞,随着NAP作用时间的延长,MTT实验结果显示:NAP可以导致H460活力显著下降,表明NAP能够有效抑制肺癌细胞的生长;JC-1检测实验表明NAP导致H460线粒体膜电位下降,代表着细胞凋亡的发生。进行Western Blot实验,发现NAP可以抑制细胞内蛋白PI3K、AKT、JNK、STAT3的表达,提示NAP对H460的杀伤作用与PI3K/AKT和JNK/STAT3/AKT的表达有关。另外,在培养基中加入活性氧(ROS)清除剂NAC,可以有效消除NAP对H460的影响,表明NAP对肺癌细胞H460的杀伤由ROS介导,研究为NAP应用于肺癌治疗的可行性提供理论依据。

双环状电极大气压等离子体射流的时间分辨诊断

大气压等离子体射流在众多领域中发挥着至关重要的作用,其中,拥有双环状电极结构的射流装置表现十分突出,此类装置具有结构简单、放电稳定的优势,并且产生的射流长度较长、温度较低.本工作利用ICCD相机采集技术,对高频高压交流电源驱动的双环状电极等离子体射流进行了纳秒级时间分辨诊断.研究发现,在一个完整的放电周期内,存在两个明显的放电阶段,分别位于外加电压的正、负半周期的峰值附近,并且在正半周期的放电阶段中,亮度、射流长度、放电发展速度均明显强于负半周期,值得注意的是,仅在负半周期的放电阶段中,才能观察到等离子体离开管口自主向前传播的现象.本工作对于了解等离子体动力学过程,揭示等离子体的行为规律及优化等离子体设备等诸多方面有积极地推动作用.

大气压等离子体处理作物种子的效应及机理

大气压等离子体种子处理技术具有操作简单、安全性高、作用效果明显等优点,应用前景广泛、发展潜力巨大。为大气压等离子体在育种环节的进一步研究与推广应用提供参考,对大气压等离子体种子处理技术的发展历程、大气压等离子体对作物种子表皮的灭菌消毒作用效果及作用机理、大气压等离子体处理对种子萌发及幼苗生长效应及作用机理进行综述,针对大气压等离子体种子处理技术尚存的问题提出展望。

大气压等离子体流动控制实验

进行了大气压等离子体流动控制初步实验。在等离子体激励器表面产生了大气压等离子体,验证了不对称布局等离子体激励器诱导边界层加速的现象;发现了一个不对称布局的激励器和一个对称布局的激励器并联、垂直布置的情况下,不对称布局激励器表面边界层加速现象消失,对称布局激励器表面边界层发生了旋涡运动;验证了等离子体激励抑制翼型失速分离的有效性。

大气压等离子体处理对黄瓜种子萌发及幼苗生长的影响

利用自制大气压等离子体装置对黄瓜种子进行处理，研究了不同电压的大气压等离子体处理对黄瓜种子萌发及幼苗生长的影响。试验结果表明：在5610～7310V电压范围内，等离子体处理对种子的影响较明显，与对照相比其发芽势、发芽率、发芽指数及活力指数显著提高，增幅分别为8．22％～52．94％、2．21％～9．55％、5．37％～35．32％、4．72％～104．72％，种子α-淀粉酶活性提高，电导率降低。同时等离子体处理也提高了幼苗的出苗速度，幼苗株高、茎粗、地上部鲜（干）质量、地下部鲜（干）质量、根体积也有不同程度的增加。幼苗的根活力、叶绿素含量、过氧化物酶活性分别比对照提高15．96％～34．37％、4．09％～27．04％、4．24％～16．58％。从本试验研究结果看，6290V和6630V电压处理效果较佳。

大气压等离子体处理对生菜种子萌发和生长发育的影响

利用自制新型大气压等离子体装置对生菜种子进行处理，研究了不同电压的大气压等离子体处理对生菜种子萌发、幼苗生长及产量品质的影响。试验结果表明：不同电压的等离子体处理对生菜种子萌发的影响效果不同。其中，5610和5950V处理对种子的萌发有促进作用，种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数与对照相比均有所提高，而6290—7310V处理则抑制了种子的萌发，且电压越高抑制效果越明显。同时，等离子体处理种子a．淀粉酶活性提高，电导率降低，幼苗地上部鲜干质量、地下部鲜干质量、根体积、根活力及过氧化物酶活性也有不同程度的增加。不同电压的等离子体处理促进了生菜定植后的生长发育，产量最高比CK提高12．52％；生菜的维生素c、叶绿素、硝酸盐、亚硝酸盐含量等品质也有所改善。综合来看，5610和5950V的等离子体处理效果较优。

大气压等离子体处理对番茄生长发育及产量与品质的影响

[目的]通过等离子体对番茄种子处理，观测番茄植株生长发育和产品品质的变化，从而找到可以提高番茄产量以及抗病性的等离子体最佳电压范围。[方法]利用大气压等离子体装置对番茄种子进行处理，研究不同电压（4760～6800V）大气压等离子体处理番茄种子后对番茄植株生长及产量品质的影响。[结果]不同电压的等离子体处理后对番茄植株生物性状的影响效果不同，等离子体处理的7个组的单果重（〉80g）、果长（≥5．2cm）、果粗（≥5．5cm）均比对照（OK）有明显提高。处理后的番茄抗病毒病除第6组和第7组与对照CK发病率相同外，其他组的病毒发病率均为2．08％。等离子体处理的7个组的总产量均比对照（CK）高，产量最高的前3位分别是第5组、第4组、第3组。总产量分刖比CK提高26．56％、20．31％和16．55％。[结论]等离子体处理电压范围在5440—6120V对番茄大多数指标效果较好，最好的是5780V和6120V处理。番茄总产量和抗病性方差分析及回归预测与试验数据基本吻合。

基于OH基团二级光谱的氩大气压等离子体射流温度诊断

为了应用OH基团的二级光谱来诊断大气压等离子体射流(APPJs)的温度,首先采用线性场电极结构产生了氩大气压等离子体射流,利用增强型电荷耦合器件(ICCD)和三光栅光谱仪,拍摄了200～900nm波长范围内氩APPJs的光谱,并对光谱进行了辨认及分析,结果表明,除了氩原子的2p-1s(帕邢符号)跃迁谱线外,还存在一些分子基团的一级和二级光栅光谱,且其二级光谱的分辨率远高于一级光谱,其中OH(其相应跃迁为A2∑+→X2П)自由基尤为明显。然后选择OH(A2∑+→X2П)自由基的二级光谱诊断了OH自由基的转动温度(近似为等离子体射流的温度),并探讨了该温度随外施电压幅值、气体体积流量的变化,结果表明,在其他实验条件(如管径、电极间距和电极宽度)给定的情况下,氩APPJs的温度随外施电压幅值和气体体积流量的增大而都呈现先下降后上升的趋势,当外施电压幅值为10kV、气体体积流量为4L/min时,温度达到最小值348K。上述结果将为氩AP-PJs的参数调节及应用提供重要的帮助。

大气压等离子体处理茄子种子对植株生长和产量的影响

利用大气压等离子体装置对茄子种子进行处理,研究不同电压(4420～6800V)大气压等离子体处理种子后对茄子生长及产量的影响。结果表明:等离子体处理的株高、开展度、根长、根幅以及单果质量、果长等指标均大于对照。处理后的茄子黄萎病发病率均比对照低,总产量均比对照高,产量最高的是处理5、6、7,分别比对照提高11.59%、11.0%和10.03%。

电源形式对大气压等离子体射流和染污硅橡胶憎水性增强效果的影响

近年来大气压等离子体射流（APPJs）被广泛应用于材料与生物领域。为了研究电源形式对等离子体射流特性及其处理效果的影响,通过自制的高频高压脉冲电源产生等离子体射流,在相同条件下与交流电源所产生的等离子体射流进行对比,研究了2者在电流、形状、温度、发射光谱等方面的差异;利用等离子体射流处理染污高温硫化（HTV）硅橡胶表面,研究了它对染污硅橡胶表面憎水性恢复速率的影响。研究表明：在相同电压幅值与电源频率的情况下,相比于交流电源,脉冲电源产生的等离子体射流拥有约1.4倍的长度、近50倍的电流峰值和约2倍的发射光谱相对光强,同时产生的热量更少;处理效果上,脉冲电源产生的等离子体射流能在更短的时间内使染污硅橡胶表面恢复憎水性。由此可见,在相同条件下,脉冲电源产生的等离子体射流相比交流电源产生的等离子体射流拥有更好的特性和处理效果。

大气压等离子体处理对穿心莲种子萌发及幼苗的影响初报

采用大气压等离子体技术处理穿心莲种子,发芽试验和幼苗叶绿素、酶活力测定发现,不同电压和处理时间组合的大气压等离子体处理显著影响穿心莲种子发芽试验幼根长、活力指数及幼苗叶绿素、超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性,但影响程度有差异,规律不明显。其中以处理电压为3 400 V、处理时间为60 s的APP处理最有利于穿心莲种子萌发;而经5 950 V、60 s的APP处理则对穿心莲种子的萌发有强烈抑制作用。

基于锥形管的环-板电极结构大气压等离子体射流特性

为了研究锥形管对Ar大气压等离子体射流的影响,在环–板电极结构的基础上,采用锥形石英玻璃管作为等离子体射流反应器,并引入了悬浮电极,对其进行了实验研究。通过大气压氩等离子体射流的电气特性的测量和光学特性的诊断,包括拍摄发光图像,测量射流的电压–电流波形和发射光谱,然后计算获得平均放电功率和电子激发温度,研究了当采用不同形状的玻璃管时,Ar等离子体射流的放电特性和演变规律,并结合气体流场仿真与电场仿真对所得的实验结果进行了分析。结果表明:与传统的直管电极结构相比,引入悬浮电极的基于锥形管的环–板电极结构产生的等离子体射流的放电电流有效值、放电功率以及电子激发温度均有所提高;利用锥形管可以使管中Ar气流在出口处的流速更快,且速度分布更为均匀,使得Ar气流可以更为平稳的向前扩展;同时在管口附近形成Ar含量较大的气体氛围,更有利于放电的发展;在环板电极结构中引入悬浮电极,加强了高压电极与悬浮电极间的电场,更易使流过电场中的气体电离,并且使能量集中在射流产生通道,提高了能量利用率。

基于同轴直管和倒置锥形管的氩大气压等离子体射流放电形态的实验和仿真

为了研究同轴直管和倒置锥形管对氩气大气压等离子体射流(APPJ)放电形态的影响,首先进行实验,并通过建立二维轴对称模型,耦合求解连续性方程、Navier-Stokes方程、k-ε湍流方程和粒子质量输运方程,数值仿真两种管体中的氩气流的摩尔分数分布。相关结果表明,层流状态下,直管中的放电沿着管壁发展且不稳定;倒置锥形管中放电稳定,且集中在管体轴部。在层流状态下,与传统的同轴直管相比,采用锥管能够改善氩气流场分布,管体内存在较低氩气摩尔分数形成的薄层,阻碍了沿面放电的发生,保证了放电的稳定性。而湍流状态下,由于径向扩散效应,两管体中氩气摩尔分数分布差异变小,等离子体放电的形态差异不大。

大气压等离子体制备类二氧化硅薄膜的实验研究

本文利用六甲基二硅氧烷(HMDSO)作为硅的先驱粒子,氮或氩气为稀释气体,进行了大气压等离子体化学气相沉积类二氧化硅薄膜的实验研究。运用红外光谱(FTIR)、光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)对沉积的薄膜进行结构和表面分析。实验表明,当功率一定时,在低的HMDSO含量下,硅衬底上得到了一层平整、致密、连续的薄膜沉积。红外吸收谱分析呈现出明显的Si-O-Si吸收峰,表明了类二氧化硅结构,其中的[Si]/[O]含量比达到1∶1.56。当HMDSO含量增加时,薄膜中含碳键成分增加,薄膜表面的大颗粒增多。相对地氮气而言,氩气在大气压下更容易获得稳定均匀的等离子体和更大的生长速率/功率比。

Ar/H_2O大气压等离子体射流放电特性

为了研究水蒸气体积分数对大气压等离子体射流放电机理及放电效率的影响，进而产生高活性低温等离子体并优化其效率。通过对大气压氩水等离子体射流的电压电流波形和Lissajous图形等电气特性的测量及发射光谱和发光图像等光学特性诊断，研究了不同水蒸气体积分数时，等离子体射流的放电特性。通过计算放电功率、传输电荷量、电子激发温度、分子振动温度和分子转动温度等主要放电参量，研究了它们随水蒸气体积分数的变化趋势，并结合放电机理对所得实验结果进行分析。结果表明，Ar／H2O等离子体射流除了产生N2和Ar。还有OH和O，气体温度在525～720K之间变化，为典型的低温等离子体；随着水蒸气体积分数的增加，等离子体习习喷出管口的长度减小，放电功率减小，发光强度减弱，转动温度和振动温度增加；相同功率下，水蒸气体积分数为0．5％时，产生的OH达到最大。

大气压等离子体射流改性船体钢表面亲水性研究

在室温下,采用大气压等离子体射流对船体钢进行表面改性,通过水接触角测量、扫描电镜、X射线光电子能谱等分析测试方法研究了等离子体射流处理前后船体钢表面润湿性、表面形貌及化学特性的变化。研究结果表明,船体钢经大气压空气等离子体射流处理后在其表面引入了大量含氧基团,处理2s表面的水接触角就可以降到30°以下;处理后材料表面的亲水性受处理时间及放电电流的影响且在空气中放置时会出现老化效应,处理时间越长,老化效应越弱。

一种新型大气压等离子体装置及其对茄子种子的应用效果(英文)

为探究经过大气压等离子体处理后茄子品质改善和产量提高的机制,设计了一种大气压等离子体实验装置,利用该装置采用不同电压（4420~6800V）处理茄子种子。结果表明：不同电压等离子体对茄子种子处理后种子的萌发率不同。8个处理的株高、展开度、根深、根幅以及单果重、果长均有明显增加,产量均超过对照（CK）。5440~6460V电压处理的果产量均比其他电压范围好,5780 V和6120 V电压处理的大多数指标是最好的。种子上产生的大量电子和离子增强了空气粒子与种子的反应,活跃的空气粒子和紫外线辐射均能穿透种子的细胞囊,加快种子内部营养成分分解,降低了种子细胞膜的穿透能,改善了茄子幼苗根系的活性,从而使茄子产量提高,试验数据与统计回归线基本吻合。