放电等离子体烧结BaTiO_(3-x)Bi(Ni_(0.5)Zr_(0.5))O_(3)陶瓷的介电和阻抗性能

采用传统固相反应法合成BaTiO_(3-x)Bi(Ni_(0.5)Zr_(0.5))O_(3)粉体和放电等离子体烧结技术制备BaTiO_(3-x)Bi(Ni_(0.5)Zr_(0.5))O_(3)陶瓷,研究陶瓷的晶体结构、微观形貌、介电和阻抗性能。结果表明:BaTiO_(3)-0.10Bi(Ni_(0.5)Zr_(0.5))O_(3)陶瓷具有钙钛矿型,晶体结构为赝立方相,晶粒尺寸约为0.64μm,密度为5.81 g/cm^(3),最大介电常数为7149,且随频率升高相变温度向高温移动。在1 kHz下,BaTiO_(3)-0.10Bi(Ni_(0.5)Zr_(0.5))O_(3)陶瓷的ln(1/ε-1/ε_(m))与ln(T-T_(m))的拟合曲线斜率为1.61,在-41~169℃内,Δε/ε_(25℃)≤±15%,表明样品有良好的温度稳定性。此外,随温度和频率的升高,材料的阻抗降低,在50℃下,当频率为100 Hz时,电阻为2.33×10~6Ω,离子电导率为10^(-8)S/cm。

辉光放电等离子体降解啤酒中T-2毒素

目的:探讨辉光放电等离子体(GDP)降解啤酒中T-2毒素的最佳工艺及对啤酒理化指标的影响。方法:通过Box-Behnken方法进行四因素三水平的响应面优化试验,确定啤酒中T-2毒素的最佳降解条件。结果:当放电电压为570 V,作用时间为18 min,放电电流为99 mA,T-2毒素初始质量浓度为8.5μg/mL时,T-2毒素降解效率最高(89.21%);经GDP处理后,啤酒泡持性显著降低(P<0.05),其他指标无明显变化。结论:通过响应面优化模型获得的GDP最佳降解条件可以用于啤酒中T-2毒素的降解;GDP处理能够影响啤酒泡持性,但对其他指标无明显影响。

脉冲放电等离子体光谱干扰机制及其修正方法研究

为解决脉冲放电击穿颗粒流的等离子体光谱(PF-SIBS)中钨电极激发引起的谱线干扰问题,研究了基于等离子体信号探测优化的谱线干扰修正方法。搭建PF-SIBS测量实验系统,以化学纯石墨的颗粒流为研究对象,根据电极间等离子体产生和消亡过程、各特征谱线在等离子体内的分布情况以及各特征谱线信号强度在电极间的变化规律,解析了放电等离子体内各特征元素蒸发、解离和激发的过程,并据此优化光谱探测位置以减弱谱线干扰。研究结果表明:电子在阴极斑点生成,向阳极发射的过程中与电极金属、石墨颗粒流和电极间空气介质发生碰撞电离,产生更多的电子发射,从而形成并维持从阴极向阳极的放电通道。在阴极区域,高能电场产生的焦耳热促使阴极尖端钨金属蒸发溅射,膨胀产生的冲击使得颗粒和空气被排出阴极区域,钨金属的原子及电子占据在阴极区域;在放电通道中部,电子与密集的石墨颗粒流发生碰撞电离;在阳极区域,剩余的放电能量难以蒸发阳极金属,电子主要电离空气介质。可将阴极到阳极的区域划分为阴极金属激发区、中部颗粒激发区和阳极空气激发区。被电离的电极金属、石墨颗粒、空气介质的离子和中性原子占据各自的激发区域,形成等离子体并辐射出对应的特征谱线。从阴极到阳极的特征谱线强度变化呈现了与上述相同的结果,W 247.78 nm谱线强度在阴极区域较强并呈现逐步降低的趋势;C 247.86 nm谱线强度先增后减,在电极间距中心处达到最大;N 744.23 nm谱线强度逐步增强,在阳极尖端处达到最大。以C-W信号强度比作为C-W谱线干扰程度的评价指标,确定了最佳的光谱探测位置为距阳极0.5 mm处。相比于常见的光谱探测位置(电极间距中心),C-W信号强度比从1.200提升至1.348,C 247.86 nm的分峰拟合值与观测值之比从86.02%提升到94.93%,C-W谱线干扰效应显著降低。

接触辉光放电等离子体对互隔交链孢的灭活机理及其动力学

互隔交链孢(Alternaria alternata)是一种引起梨、枸杞等黑霉病最主要的病原菌。本文研究了接触辉光放电等离子体(CGDP)对互隔交链孢的杀菌作用与机理。首先通过考察不同时间、电解质和电压条件对杀菌效率的影响,确定了最佳的杀菌工艺与条件。其次通过评估CGDP对互隔交链孢细胞膜完整性和孢子内核酸和蛋白质的渗漏量等的影响,研究了CGDP对互隔交链孢的杀菌机理,并构建了灭活动力学模型。结果表明,CGDP对互隔交链孢的杀菌效果显著。杀菌率随着电压的升高和处理时间的延长而增大;孢子内核酸和蛋白质的渗漏量随着处理时间的延长逐渐升高。碘化丙啶、二乙酸荧光素染色和扫描电镜结果表明,CGDP对互隔交链孢的杀菌作用是通过CGDP破坏其形状和细胞膜完整性实现的。孢子失活动力学符合Dose-response模型。研究结果为CGDP对互隔交链孢的杀菌机理提供了重要的理论基础。

机器学习驱动的辉光放电等离子体降解碱性紫16性能研究

为了量化研究辉光放电等离子体(GDEP)降解碱性紫16(BV16)的效率影响因素以进一步提升其降解性能,共收集462条降解实验数据建立数据集,训练并评价了9种回归模型.结果表明,基于梯度提升树(GBDT)的集成学习模型预测性能优异,且以类别型特征提升(CatBoost)算法训练的模型性能最佳(R^(2)=0.988,MAE=2.050%).此外,沙普利加和解释方法(SHAP)对最佳模型的参数影响程度定量解析结果显示,反应时间(43.74%)、初始污染物浓度(23.00%)、氯化钾浓度(15.65%)和平均电流(12.63%)是影响BV16降解效率的关键因素.同时,基于部分依赖图(PDP)提出了参数交互影响优化方案.所建立的CatBoost-SHAP-PDP模型不仅能实现GDEP对BV16降解效果的模拟预测,而且是优化GDEP降解过程变量的有效方法,为GDEP降解染料废水复杂体系领域的建模与应用提供科学依据和技术支持.

激光诱导放电等离子体极紫外辐射的模拟

极紫外光刻是目前新一代超高集成度半导体芯片制造流程中重要的一环,激光诱导放电等离子体是极紫外光源产生的重要技术手段之一.本文基于全局状态方程、原子结构计算程序、碰撞辐射模型建立了一个辐射磁流体力学模型,对激光诱导放电等离子体的动力学特性及极紫外的辐射特性进行模拟,模拟复现了放电过程中的箍缩现象,得到的极紫外光的转化效率与实验符合.研究发现放电电流的上升速率对极紫外光的产生有极大的影响,该结果对后续极紫外光输出功率、转化效率以及光谱纯度的提升有重要的指导意义.

沿面放电等离子体灭活苹果汁中耐高渗酵母的模型

目的:建立沿面放电等离子体灭活苹果汁中耐高渗酵母(Zygosaccharomyces rouxii)的计算模型,用于预测酵母的失活过程。方法:以Z.rouxii LB作为目标菌株,利用数值仿真软件COMSOL Multiphysics建立沿面放电等离子体模型,研究在不同放电电压、气泡大小和不同处理量条件下沿面放电等离子体灭活苹果果汁中Z.rouxii的效果,并对此模型进行验证实验。结果表明:沿面放电等离子体能够有效地灭活苹果汁中的Z.rouxii,反应速率系数随初始菌液浓度的增加而减小,放电电压升高会使灭活酵母所用时间缩短。气泡尺寸变化对Z.rouxii LB灭活效果影响不显著,处理量增加使灭活时间延长。模型模拟数据与实验数据相吻合,可用于等离子体技术在食品工业中的放大与改进。

低温放电等离子体对葡萄干中赭曲霉毒素A的降解效果及降解机理

采用低温放电等离子体对葡萄干中赭曲霉毒素A(ochratoxin A,OTA)进行降解,研究不同时间下初始质量浓度、放电电压对葡萄干中OTA降解率的影响。结果表明,葡萄干中初始质量浓度为50?μg/mL的OTA经等离子体在放电电压75 kV时处理10 min被完全降解。利用高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱高分辨质谱检测并鉴定经低温放电等离子体处理的OTA降解产物,结合一级和二级质谱,推测出相对分子质量分别为m/z 426.0715(B)和m/z 158.1540(C)的2种主要降解产物结构及OTA可能的降解路径。等离子体处理前后葡萄干的理化品质没有发生显著变化,挥发性物质除酸类物质中3-甲基丁酸、乙酸、辛酸含量有明显的下降,甲酸、戊酸、2-乙基己酸含量有明显上升外,大部分的酸、醛、醇和酮类物质的相对含量未出现明显变化。研究结果表明低温放电等离子体可以有效地降解OTA,并对葡萄干品质没有显著影响,可为OTA污染的食品降解研究提供参考。

CoFe-LDH/泡沫铜的制备及催化介质阻挡放电等离子体降解水中敌草隆性能与机制

采用一步水热法,以钴和铁元素为活性组分制备了片层状钴铁层状双金属氢氧化物(CoFe-LDH),通过调节元素摩尔比和水热温度、时间以及尿素投加量的制备条件得到了可以高效催化介质阻挡放电等离子体(DBDP)的粉末催化剂。研究结果表明,当n(尿素)∶n(Co)∶n(Fe)=10∶3∶1,水热温度为120℃,水热时间18 h时,得到的CoFe-LDH催化性能最优,其催化DBDP降解敌草隆(DUR)的降解率和降解速率常数分别达到了96.54%和0.1354 min^(-1),制备条件中水热时间对催化性能影响最大。在此基础上,将配比优化的CoFe-LDH负载在泡沫铜(CuF)表面,得到了片状可回收的三元CoFe-LDH/CuF(CFHC)催化剂。系统地表征了CFHC的结构组成,研究了微观结构和元素组成与催化性能之间的内在联系。由于还原态铜元素的引入,增加了催化剂表面的氧空位含量,显著地提升了复合材料的催化性能。CFHC的加入成功将DBDP对敌草隆的去除速率提升至0.2175 min^(-1),是DBDP空白体系的3.18倍。CuF的引入增加了催化剂的导电能力,在降解过程中钴、铁、铜和氧空位之间的电子转移是高催化活性的根本原因,CFHC重新调整了DBDP体系内的优势活性物种,·O_(2)^(-)和^(1)O_(2)取代·OH成为了降解敌草隆的主要活性物质。

基于元学习的气体放电等离子体电子Boltzmann方程数值求解

在气体放电等离子体中,电子的输运行为可由Boltzmann方程精确描述,该方程的解是许多等离子体仿真模型的基础。物理信息神经网络作为一种求解Boltzmann方程的新型方法,虽克服了传统数值方法网格剖分和方程离散的缺陷,但其参数空间规模大,在求解多任务时训练效率较低。为此,该文构建了一种基于元学习的双循环物理信息神经网络,在内循环中对多个Boltzmann方程求解任务进行优化训练,得到各任务优化后的元损失函数,用于在外循环中进行网络参数更新,从而提高网络在求解新任务时的计算效率。计算结果表明,基于元学习的双循环物理信息神经网络在求解新的Boltzmann方程时,网络损失函数值和L2误差值的下降速度均显著快于普通的物理信息神经网络。此外,该文还研究了网络容量和内循环迭代次数对Boltzmann方程多任务求解效率的影响,结果显示计算效率并不随网络容量的增大而提高,且受内循环迭代次数影响较小。

低温放电等离子体处理对赭曲霉毒素A降解效果及对无核白葡萄干品质的影响

为研究低温放电等离子体对赭曲霉毒素A(ochratoxins A,OTA)的降解效果及对无核白葡萄干品质的影响,以赭曲霉毒素A为目标毒素,分析低温放电等离子体在不同处理时间、不同电压和不同初始浓度下对目标毒素的降解效果,并评估低温放电等离子体处理对无核白葡萄干中的理化指标及色差和香气成分的影响。结果表明:低温放电等离子体不同处理条件对OTA的降解效果明显,不同处理条件均使得赭曲霉毒素A降解率达90.00%以上,以75 kV低温放电等离子体处理5 min后,50μg/mL OTA的降解率高达99.21%。低温放电等离子体处理对无核白葡萄干的理化性质、蛋白浓度、色差均未出现显著影响(P>0.05),无核白葡萄干的香气成分也得到了良好的保持。因此,低温放电等离子体对赭曲霉毒素A具有较明显的降解效果,并且不会对无核白葡萄干的品质产生影响。

接触辉光放电等离子体对枸杞种子萌发的促进作用及其处理工艺

为促进枸杞种子的萌发,探究接触辉光放电等离子体(CGDP)对枸杞种子萌发的影响及最佳处理工艺。以枸杞种子为研究对象,考察在不同处理时间、电压及电解质条件下CGDP对枸杞种子萌发的影响。在单因素实验的基础上,以种子发芽率、发芽指数、活力指数为指标,采用响应面优化处理种子工艺,通过种皮形貌观察与接触角测定,初步探讨了CGDP对种皮结构和性质的影响。结果表明:处理种子的最佳条件为处理时间15 min、电压550 V、电解质Na_(2)SO_(4),种子萌发率最高时为95.56%;处理后种皮变得平整、纹理模糊,种子亲水性增强;幼苗叶片中叶绿素含量提升。分析结果可知,辉光放电等离子体可通过改变种皮结构对枸杞种子的萌发及生长产生促进作用。

接触辉光放电等离子体对Fusarium solani的杀菌作用机制及动力学模型研究

为研究接触辉光放电等离子体(CGDP)对茄病镰刀菌(Fusarium solani)的杀菌作用及机制,本试验以Fusarium solani为试材,考察CGDP处理过程中电压、处理时间、抗坏血酸浓度、孢子初始浓度等因素对杀菌效果的影响;并对Fusarium solani生长、孢子形态、细胞膜完整性及过程中所产生的活性粒子进行分析。通过Linear、Weibull和Log-Logistic 3种数学模型分析不同电压下CGDP杀菌动力学特性,以相关系数(R^(2))、精确因子(Af)、偏差因子(Bf)和均方根方差(RMSE)4个参数评价拟合效果。结果表明,CGDP对Fusarium solani孢子有着明显的杀菌效果;升高电压、延长处理时间、降低抗坏血酸浓度和孢子初始浓度均能有效抑制孢子生长,使杀菌效率提高(P<0.05);CGDP处理30 min,活性物质(·OH、H_(2)O_(2)、NO_(3)^(-))浓度分别增加至1.57 mg·L^(-1)、73.89 mmol·L^(-1)和12.72 mg·L^(-1),pH值由7.07降至4.66;孢内核酸和蛋白质的渗漏量以及PI染色和扫描电镜结果表明,CGDP对Fusarium solani的杀菌作用可能是通过破坏孢子形态和细胞膜完整性后被活性物质攻击而引起的;模型拟合结果表明,Weibull模型拟合度最高(R^(2)=0.9242),并且RMSE较小(0.6367),可以用于描述和预测CGDP对Fusarium solani的杀菌动力学特征。本研究结果为低温等离子体杀菌技术和杀菌机制研究提供了理论指导。

辉光放电等离子体(GDP)对苹果汁中棒曲霉素(PAT)降解效果及对风味物质的影响

棒曲霉素(PAT)是苹果汁中最常见的真菌毒素,对消费者健康和经济发展有很大危害,本文研究了辉光放电等离子体(Glow discharge plasma,GDP)对苹果汁中PAT的降解作用及对苹果汁风味物质的保护作用。结果表明:当直流电压为550 V、电流范围为10~90 mA时,GDP处理苹果汁15 min时PAT降解率达到92.89%,在30 min内,可溶性固形物和酚类物质无明显变化,电导率、氧化还原电位、色值略升高,pH略有降低;20 min后利用气相色谱质谱联用仪(Gas chromatography and mass spectrometry,GC-MS)可在苹果汁中检测出38种风味物质,其中包括酯类8种,醇类7种,醛酮类20种和3种其他类,且比原苹果汁增加了苯乙酮和6,10-二甲基-5,9-十一双烯-2-酮,前者具有似甜香味,后者具有香精油的味道,使苹果汁味道更加鲜美。该研究结果可为GDP降解苹果汁中PAT和对苹果汁风味物质的保护作用提供依据。

沿面放电等离子体漂白牙齿的效果及安全性

目的:研究沿面放电等离子体(SMD plasma)漂白牙齿的效果及安全性。方法:选取牙冠完整,无龋坏、裂纹和缺损的人离体牙,随机分为空白对照组、SMD plasma 5 min组,SMD plasma 10 min组、过氧化氢5 min组、过氧化氢10 min组(所用过氧化氢质量分数均为10%),每组5颗牙,共3批,观察处理前后牙齿表面颜色,记为ΔE。另取45颗离体牙同上分组处理,每组3颗牙,共3批,测量牙齿表面粗糙度及显微硬度。另取1颗离体牙,制备4个牙片,空白对照不处理,余3个牙片分别用SMD plasma处理5 min、10 min或过氧化氢处理10 min,采用扫描电子显微镜观察釉质表面形态,并利用发射光谱分析SMD plasma中的主要激发态活性物质。结果:SMD plasma 5 min组、SMD plasma 10 min组、过氧化氢5 min组和过氧化氢10 min组ΔE分别为(5.00±0.59)、(6.22±1.97)、(3.44±1.49)和(3.64±1.60),4组间比较,差异有统计学意义(P<0.001);其中SMD plasma的漂白效果优于过氧化氢,且SMD plasma处理10 min效果更为显著。SMD plasma处理对牙齿表面粗糙度、显微硬度以及牙齿表面形态无显著影响。发射光谱结果显示,SMD plasma放电过程中产生的·OH是牙齿漂白的主要活性成分。结论:与质量分数10%过氧化氢相比,SMD plasma能够有效漂白牙齿,且对牙齿表面结构无显著影响,使用更安全。

板式介质阻挡放电等离子体去除水中TAIC的影响因素研究

三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)是一种用途极其广泛的精细化工产品,其生产废水难以通过传统的废水处理方法进行处理。介质阻挡放电是一种高效去除水中难降解有机物的方法,采用介质阻挡放电等离子体处理TAIC生产废水,考察了单位面积有效放电功率、溶液初始pH、电导率、放电间距等参数对TAIC去除效果的影响。结果表明,高放电功率、中性环境、低电导率、减小放电间距有利于提高TAIC去除率,实验最佳条件下TAIC去除率可达89.19%。

介质阻挡放电等离子体对单增李斯特菌的杀灭效果及作用机制研究

采用扫描电子显微镜(SEM)、流式细胞分析、荧光染色等方法研究介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)等离子体对单增李斯特菌(Listeria monocytogenes)的杀灭效果及对其细胞形态、细胞膜变化、胞内活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)水平等的影响。结果表明:经放电功率为20.8 W的DBD等离子体处理80 s后,L.monocytogenes菌落数从初始8.26 lg CFU/mL降低至1.30 lg CFU/mL,其胞内ROS相对水平显著升高了9.5倍(P<0.05);DBD等离子体处理会破坏L.monocytogenes的细胞形态,增强细胞膜通透性并使其发生去极化,且细胞损伤程度随处理时间的延长而显著增加;经DBD等离子体处理后,生理盐水的pH值显著降低,氧化还原电位(ORP)、NO_(3)^(-)、NO_(2)^(-)和H_(2)O_(2)浓度均显著升高。DBD等离子体杀灭L.monocytogenes的作用机制是其可损伤细胞膜、诱导氧化应激损伤等。

放电等离子体烧结工艺制备W-10Ta合金的力学性能和晶粒长大动力学研究

试验采用放电等离子体烧结(SPS)工艺,在烧结温度1600~1900℃、保温0~15 min下制备了W-10Ta合金,分析了材料的组织、性能及晶粒长大动力学。结果表明:钨和钽在烧结过程中形成了单相W-Ta固溶体,且随着烧结温度和保温时间的增加,W-10Ta合金的衍射角向低角度偏移。W-10Ta合金的断裂方式为穿晶断裂和沿晶断裂组合而成的脆性断裂。随着烧结温度和保温时间的增加,W-10Ta合金的致密度和剪切强度增加。在低温(1600~1700℃)下,W-10Ta合金的晶粒尺寸变化不大,在高温(1800~1900℃)下,W-10Ta合金的晶粒明显长大。此外,W-10Ta合金的晶粒长大系数为n=2,晶粒长大主要以晶界扩散为主。在保温时间5 min、10 min、15 min下,W-10Ta合金晶粒生长的活化能分别为359.26 kJ/mol,378.65 kJ/mol和373.76 kJ/mol。

介质阻挡放电等离子体检测器在分析气体中微量组分的应用

使用介质阻挡放电等离子体检测器(BID)对几种气体中特殊组分进行了分析方法研究。使用不同类型的色谱柱,在实验条件下,实现目标气体组分的全部分离检测。砷烷、二氧化硫、氨气、氯气、甲醛、水分可以使用TCD检测器进行分析,灵敏度却很低,但是在BID检测器上,这几种物质却表现出很高的响应;含氧有机物和含卤素有机物通常在FID检测器上进行分析,但是在含量很低的时候响应却不理想,BID检测器对于含卤素有机物和含氧有机物有着很高的响应峰面积。含硫化合物一般采用气相色谱FPD和SCD来检测,但是FPD和SCD使用条件限制多,维护繁琐,BID检测器对含硫化合物有着不错的灵敏度和较高的线性范围,通过对以上物质进行分析方法研究,实验结果完全可以满足微量、痕量定量分析的要求。

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%.