大气压非平衡等离子体诊断:电场诱导二次谐波

电场诱导二次谐波作为一种非侵入式、时间分辨率高达纳秒甚至飞秒量级的测量方法在大气压非平衡等离子的电场诊断中得到广泛关注。基于二次谐波产生的原理,对其适用性进行了讨论。针对纳秒和飞秒激光器在该应用中的特点,搭建了对应的诊断系统。通过使用纳秒激光器测量电场,获得了更高的时间分辨率,并通过平行板电极产生的均匀电场对系统进行标定,获得二次谐波信号强度与电场强度平方的定量关系。基于该定量关系,最终获得大气压等离子体不同位置的瞬态电场。

大气压非平衡等离子体射流

大气压非平衡等离子体射流(APNP-Js)的显著优点是可以在开放空间内而非狭窄放电间隙内(如介质阻挡放电)产生非平衡等离子体,APNP-Js已成为低温等离子体应用领域的1项新型关键技术。为此,首先从驱动电源的角度出发,分别介绍了直流、交流、射频、微波、脉冲和双电源驱动的几种典型APNP-Js。其次比较了不同电源驱动的APNP-Js特性,发现在消耗功率相同的情况下,脉冲驱动模式下的APNP-Js长度更长,APNP-Js推进速度更快,活性粒子数密度更高,而气体温度则保持在常温。再次进一步分析了电源参数对APNP-Js的影响,1随着频率从1 Hz上升至射频范围,APNP-Js长度总体变短,APNP-Js推进形状由"等离子体子弹"转变为连续柱状;2随着脉冲上升沿从几μs降低至50 ns,不仅APNP-Js推进速度加快,而且APNP-Js长度增加,电子温度更高,活性更强;3通过比较正负极性电压驱动的APNP-Js特性,发现负极性APNP-Js长度更短,APNP-Js推进速度更慢,射流携带电流更小,但等离子体通道中电场强度更高。最后讨论了驱动电源特性与APNP-Js参数之间的关系,并对APNP-Js面临的一些关键问题和发展方向进行了展望,如利用最少的电源功率来驱动APNP-Js以获得最高的活性粒子数密度、电源输出能量耦合进等离子体后如何分配优化等。

磁驱动滑动弧放电大气压非平衡等离子体

介绍了磁驱动滑动弧放电大气压非平衡等离子体产生技术的一些基本特性 ,着重叙述了磁驱动滑动弧放电大气压非平衡等离子体的产生装置 (GDM)、基本原理、主要特性及应用中的一些问题。

大气压非平衡等离子体诊断:激光诱导荧光

大气压非平衡等离子体由于在生物医学、环境治理、材料加工等领域具有广泛应用价值,近来受到了极大的关注。而等离子体中各种活性粒子在这些应用中往往扮演着重要的角色,因此对各种活性粒子浓度的诊断是推进其应用的关键。文中针对大气压非平衡等离子体诊断中的一种重要的诊断方法,即激光诱导荧光方法进行了较为详细的评述。首先对激光诱导荧光的基本原理、实验装置进行了系统的介绍。并给出了单光子和双光子激发的绝对密度标定方法和实验案例。针对常见的OH、NO、O、N等活性粒子,分析讨论了不同等离子体源条件下的分布特性。最后根据激光诱导荧光技术的特点和研究现状,分析讨论了未来的研究方向。

大气压非平衡等离子体诊断:激光散射

大气压非平衡等离子体在表面改性和杀菌消毒等领域等具有广泛的应用。为了增强对其物理机制的理解,电子数密度和温度、气体动力学温度和分子转动温度等关键参数的测量必不可少。激光散射是对这些参数进行诊断的常用技术,该文将针对大气压非平衡等离子体诊断中的激光散射诊断进行了较为详细的评述。首先对瑞利散射、汤姆逊散射和拉曼散射这3种类型的激光散射进行了基本的介绍,推导了相应的计算式。随之总结归类了目前已报道过的3种的散射诊断策略,分别为:三光栅光谱仪、布拉格光栅滤波器和物理掩膜结合单光谱仪结构,并对这3种诊断策略的优缺点进行了归纳。分析讨论了近些年散射诊断应用在大气压非平衡等离子体中的研究成果,讨论了激光散射的研究方向。基于此凝练了激光散射在大气压非平衡等离子体中实现成功诊断的核心技术问题,这对拓展激光散射在等离子体诊断中的应用范围具有一定的指导意义。

大气压非平衡等离子体甲烷干法重整零维数值模拟

大气压非平衡等离子体由于其独特的非平衡特性,可为甲烷和二氧化碳稳定温室气体分子活化和重整提供非热平衡和活化环境.本文采用了零维等离子体化学反应动力学模型,考虑了详细的CH_(4)/CO_(2)等离子体化学反应集,重点研究了反应气体CH_(4)/CO_(2)摩尔分数(5%—95%)对大气压非平衡等离子体甲烷干法重整制合成气和重要含氧化合物的影响.首先,给出了进料气体不同体积比时电子密度和温度随时间的演化规律,结果表明初始甲烷摩尔分数的提高有利于获得较高的电子密度和电子温度.随后,讨论了主要自由基和离子数密度在不同的甲烷摩尔分数下随着时间的变化规律,并给出了反应气体的转化率、合成气体和重要含氧化合物的选择性.此外,还明确了合成气和含氧化合物主要生成和损耗的化学反应路径,发现甲基和羟基是合成含氧化合物的关键中间体.最后,归纳总结给出了主要等离子体粒子之间的总体等离子体化学反应流程图.

垂直入射电磁波在大气压非平衡等离子体层中的传播特性

用数值模拟的方法对大气压非平衡等离子体薄层中,不同的电子密度分布对微波反射、吸收和透射的影响进行了研究。所采用的理论分析方法是分层模型和镶嵌不变原理。计算中考虑了微波在子层间的多次反射和吸收。数值结果表明,对于电磁波的吸收来说,等离子体中具有二次分布的电子密度,其效果要高于线性分布10%左右;而对于反射来说,线性分布效率更高。功率反射系数随波长的增大而增大,功率吸收系数A也不是单调的,当电子密度不变时,A存在一个峰值,随着电磁波波长的增加而增加,达到最大值后,缓慢降低。

大气压非平衡等离子体中非平衡度的探讨

讨论了大气压非平衡等离子体中的非平衡度及它和各种参数的关系，并针对几类重要的大气压非平衡等离子体的产生技术，分析了每种产生技术的特点及和非平衡度的关系。

大气压非平衡等离子体源参数对输出等离子体浓度的影响及其机理分析

为研究各个参数对大气压非平衡等离子体源的影响，给进一步探讨其机制提供依据，在保持其他参数不变的前提下，变化大气压非平衡等离子体源的某一个参数，用DLY-3型大气离子数密度测量仪测量其输出等离子体中离子的数密度。结果表明：在击穿限度内输出的离子数密度随外加电压升高而升高；在空气体积流量不影响放电空间分布的前提下，输出的离子数密度随体积流量增加而升高：在4．7～10kHz范围内输出的离子数密度随交流电源频率增加而升高；在2种实验放电间隙中，小间隙（0．64mm）比大间隙（1．00mm）的输出离子数密度高。在各个参数可调控的条件下所做的等离子体浓度测量可定量地描述等离子体系统的状态及其相应变化，通过变换各个参数可以使大气压非平衡等离子体源输出的等离子体浓度在相当大的范围内变化，并存在极大值。

大气压非平衡等离子体沉积氧化硅薄膜

本文搭建了一套大气压等离子体薄膜沉积系统,其装置采用喷枪方式,结合运动机构控制喷枪按特定轨迹移动镀膜。四乙氧基硅烷(TEOS)作为硅的先驱体,氮气为先驱体载气和等离子体放电气体,基底温度50℃～300℃,进行了大气压等离子体化学气相沉积氧化硅薄膜的研究。运用红外光谱(FTIR)、光学椭偏仪,扫描电镜(SEM)和纳米压痕仪对沉积的薄膜进行了表征。研究表明,薄膜中富含Si—O—Si键且有少量S—OH键;较高基底温度有利于在硅基底上得到一层平整致密的薄膜;基底温度300℃时薄膜硬度达到4.8GPa,略低于采用PECVD方法沉积的氧化硅薄膜。

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。

亚大气压六相交流电弧等离子体射流特性研究:实验测量

以临近空间高超声速飞行器以及航天器再入大气环境飞行过程"黑障"问题的研究为背景,进行了多相交流电弧放电实验装置的物理设计,建立了六相交流电弧等离子体实验平台(MPX-2015),在背景压力为500 Pa的亚大气压条件下获得了最大直径和长度分别达到14.0 cm和60.0 cm的等离子体射流.研究了工作气体流量、真空腔压强、电极间距以及弧电流等因素对等离子体自由射流和冲击射流特性的影响规律.结果表明:在实验参数范围内,真空腔压强对等离子体的射流特性影响最为显著,等离子体自由射流的长度和直径以及冲击钝体条件下的鞘套有效工作长度和厚度均随着压强的降低而增大;提高沿电极环缝注入的工作气体流量或弧电流亦有利于等离子体鞘套尺寸的增加.上述工作有助于进一步开展临近空间飞行器与其周围复杂介质环境间复杂的气动热效应和"黑障"问题的研究.

大气压等离子体技术对涤纶织物深色效应的非反射涂覆

为了提高涤纶织物的深色效应,利用大气压等离子体,将包含二种不同的有机硅化合物组分,如HMDS、TTMSVS,经非反射涂覆材料沉积在织物的表面上。同时,我们比较了初缩体聚合与刻蚀对颜色的增深效应。以频率范围在10-50仟赫的辐射能作为等离子体源,以2.7毫米厚的氧化铝薄片作为壁介质。聚合过程通过控制可变参数,如处理时间、电压、频率和有机物的种类而进行最优化。聚合薄膜的性质可以通过SEM和FT-IR来分析。反射率也可以通过分光光度计来测量,以确认其增深效应。实验中观察到当HMDS和TTMSVS在涤纶上的聚合薄膜厚度为1500-2000 (?)时,可获得最小的反射率。

滑动弧非平衡等离子体研究

研究了滑动弧放电过程中电参数的变化,并对滑动弧等离子体中的非平衡度和各个参数之间的关系进行了讨论。应用双通道电弧模型,对电弧在气流作用下运动规律进行了数值模拟,模拟所得的结果有助于分析滑动弧非平衡等离子体的产生机理。

变频电源下非平衡等离子体技术降解甲苯的实验研究

为提高非平衡等离子体技术降解甲苯的能量利用效果,采用非平衡等离子体技术降解甲苯污染气体,在气体体积流量0.1m3/h、甲苯质量浓度1g/m3等条件下,考察了变频高压交流电源下非平衡等离子体反应器的热量损失、电场强度、频率和功率等因素对甲苯降解率的影响,探讨了非平衡等离子体反应系统的电源匹配性问题,以求达到进一步优化反应系统的目的。实验结果发现,电源频率与甲苯的降解和能量利用并非简单的线性关系,而是存在一个最佳匹配点,即在频率150Hz时,整个电路消耗的无功功率最低,用于降解的有功功率较高,这为今后工业上等离子体技术的应用提供了基础参数。

非平衡等离子体处理柴油机有害排放

柴油机排放后处理的难点是NOx和颗粒.传统的后处理器不能有效降低柴油机的有害排放.综合考虑了柴油机排放的特点,提出了一种新的排放后处理方案,利用非平衡等离子体结合微粒捕集器综合降低柴油机的有害排放,并自行设计了等离子体发生器.理论分析和初步的试验研究表明,该后处理方案对于降低柴油机NOx排放和再生微粒捕集器是有效的,并具有较高的实用性.

脉冲电晕非平衡等离子体对烟气SO_2、NO的氧化脱除

高压窄脉冲流注电晕放电的非平衡等离子体脱硫脱硝是开发中先进的燃煤烟气净化技术.采用模拟烟气和自行研制的脉冲电源及反应器,研究脉冲电晕对SO_2、NO氧化脱除机理和规律.结果表明,正脉冲电晕将SO_2、NO氧化成相应的酸很有效,远优于负脉冲电晕;正脉冲电晕氧化SO_2、NO的能量利用率分别为64.3·SO_2/kwh和9.9g·NO/kwh;加入氨水能有效地改善脱硫脱硝效率和能量利用率;温度对SO_2、NO的电晕氧化有较大影响,从氧化脱除效率和能量利用率考虑,较低温度对SO_2、NO的电晕氧化有利.

常压非平衡等离子体合成NH_3

８０年代以来，不少科学家探讨了在低压下，用射频（１３．５６ＭＨｚ）或微波（２４５０ＭＨｚ）激发的辉光放电，将Ｎ２、Ｈ２电离、分解成Ｎ·、Ｈ·、ＮＨｘ等多种自由基，在固体表面的催化或催化剂的作用下，合成ＮＨ３［１～３］．但由于低压下稀薄气体的合成，只能...

非热平衡等离子体过程苯的降解

非热平衡等离子体技术是目前最重要的气态有机污染物治理技术之一,应用一种新型的非热平衡等离子体技术——电晕放电自由基簇射技术对苯的降解过程进行了深入的实验研究和机理分析,得到了以下的研究结果:自由基簇射技术对苯具有良好的降解效果,苯的降解产物主要是CO2,也有少量CO产生。能量密度和电极气湿度的增加能够提高CO2/COx的比率和苯的降解程度,在能量密度为21W.h.m-3和电极气相对湿度为80%的条件下,CO2/COx的比率可达84.6%,COx的生成率达到78.5%。自由基簇射苯的降解过程主要涉及电子碰撞反应、自由基反应和离子重组反应,其中自由基反应最为重要。