氮气射流低温等离子体处理对落叶松表面润湿性的影响

为了提高落叶松的表面润湿性,采用N2射流低温等离子体对落叶松表面进行处理。针对处理时间和处理高度两个因素进行单因素试验设计。通过表面接触角的测试和表面自由能的计算,分析落叶松经N2射流低温等离子体处理前后表面润湿性的变化,得出较佳的处理参数。结果表明:经N2射流低温等离子体处理后落叶松表面接触角显著下降,表面自由能明显提高,落叶松表面润湿性增强。对于处理截面尺寸为40 mm×40 mm的试件,氮气射流低温等离子体处理落叶松表面的较佳工艺参数为:处理时间20 s,处理高度15 mm。处理后落叶松表面有明显的刻蚀痕迹,表面粗糙度增加,落叶松表面含氧官能团增多,增强了落叶松表面的亲水性,有利于落叶松表面润湿性的提高。

低温等离子体射流处理对硅橡胶材料性能的影响研究

为解决硅橡胶电缆表面印字污染问题,本文提出利用低温等离子体射流对硅橡胶进行表面处理。以交流电源激励针-环结构电极产生氩气等离子体射流,对不同移动速度下的硅橡胶电缆表面进行动态处理,系统研究处理速度对硅橡胶电缆憎水性、沿面耐压和击穿性能的影响,通过SEM和EDS检测硅橡胶表面物理形貌和化学成分变化。结果表明:射流静态处理会导致材料表面温度升高,而动态处理可以显著降低温升。处理后硅橡胶的水接触角和闪络电压均有小幅度下降。随着处理速度增大,硅橡胶的憎水性和电气绝缘性能逐渐恢复。5mm/s处理条件下,硅橡胶表面抗油墨粘接性显著提高。结合物化特性结果可知,等离子体射流处理后硅橡胶表面交联聚合程度提高,界面分子扩散运动受到阻碍,进而降低了硅橡胶表面自黏性能。

基于激光诱导荧光法诊断大气压低温等离子体射流中OH自由基和O原子的时空分布

由于传统辐射光谱法无法对大气压低温等离子体射流中OH自由基和O原子进行定量检测,本文利用自主研制的纳秒脉冲激励针筒型等离子体射流装置,基于单光子和双光子激光诱导荧光法分别对OH自由基和O原子的时空分布进行诊断。结果发现,OH自由基和O原子的寿命时间分别为1ms和3ms,远大于脉冲放电持续时间;采用拟合衰减曲线法,得到OH自由基的绝对密度为1012~1013cm-3;发现离喷嘴口越远,OH自由基和O原子密度越低。然而,即使距离喷嘴口数cm的地方,仍然存在大量的OH自由基和O原子;OH自由基和O原子的密度随激励频率和脉冲电压幅值的增加而升高,随H_2O含量和O_2含量的升高而出现先增大后减小的趋势。其中,当氦气中H_2O含量为0.012%时,OH自由基密度达到最大值。当氦气中O2含量为0.5%时,O原子密度达到最大值。本文研究为调控和优化低温等离子体射流中OH自由基和O原子密度提供重要科学依据。

预电离大气压低温等离子体射流及其在表面清洗中的应用

具有高化学活性的大气压放电低温等离子体射流具有潜在的应用价值。为此,介绍了一种利用预电离办法产生Ar/O2等离子体大气压低温射流及其在表面油污清洗中的应用。采用针电极放电等离子体作为预电离源,为射流介质阻挡放电(DBD)提供种子电子,使得射流DBD的击穿与维持电压得以降低,即使在氧气与氩气体积比高达6%时,也可以产生均匀稳定的放电模式。采用光纤温度传感器检测得到放电等离子体气体温度在390～440K,而Boltzmann斜率法计算得到的电子激发温度为4640K,通过示踪元素法计算得到氧原子数密度在1017 cm-3量级。将该射流应用到玻璃表面油污清洗,最大清洗速率可达0.1mm/s。所以预电离技术可以产生具有高化学活性的均匀放电的大气压低温等离子体射流,该射流在表面油污清洗中具有较高效率。

射流低温等离子体改性增强聚甲基丙烯酸甲酯薄膜表面亲水性研究

用空气中射流低温等离子体对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜进行表面改性,比较了改性前后PMMA表面水接触角和表面能的变化。研究了等离子体改性时间及改性距离对改性效果的影响,测量了改性后PMMA在空气中放置时的老化效应,并对改性机理进行了分析。结果表明,PMMA薄膜经射流低温等离子体改性后,水接触角下降,表面能上升,两者均在一定改性时间时达到饱和状态。当改性时间固定时,减小改性距离,可以得到更好的改性效果。改性后的材料存在老化效应,放置9天后,老化效应趋于稳定,但其表面水接触角仍远低于改性前的值。

大气压氦气多路低温等离子体射流

为了研究大气压低温等离子体多路射流阵列的放电特性,设计一个实现7路低温等离子体射流的放电装置,采用单电极放电结构,在开放的大气环境下通入氦气。采用高压窄脉冲重复频率电源激励驱动该放电装置,电源脉冲宽度约230ns,脉冲上升沿约为120ns。在重复频率为500Hz的条件下,通过高速摄影初步发现放电电流脉宽约为110ns,且无反向放电。试验结果表明:平均射流长度随电压幅值增加而增加,在一定电压幅值时射流长度有达到饱和的趋势,这是由于射流通道尾部有空气进入,电压幅值已不再是主要原因;只有在合适的气体流量值时,才能够获得较长的平均射流长度,这是由于气体流量过大或过小时射流均不足以维持形成的放电通道;此外,中心电极放电射流长度受气体流量影响较大,气体流量在一定值时可以观察到中心电极有较长的射流,射流放电强度较弱,气体流量过大或过小时中心电极几乎无放电,这是由于四周电极更易形成放电射流,削弱了中心电极放电。

大气压低温等离子体射流器件层流特性的模拟研究

为分析大气压低温等离子体射流的特性,本文建立射流器件二维轴对称模型,利用Comsol软件对层流状态下等离子体射流的连续性方程、N-S方程和对流扩散方程进行耦合求解,分析了不同气体流速、喷口直径及工作气体条件下,喷射气流在空气中的轴向(z)和径向(r)摩尔分数分布,并研究了流速、喷口直径和工作气体对射流特性的影响。模拟结果表明,在层流状态下,可以用He与空气混合的摩尔分数为0.99时的轴向传播长度去估测射流传播的长度,该长度与入射气体流速、喷口直径的平方呈线性关系,即与气体体积流量呈正比,模拟结果与文献中实验结果一致;相同条件下,He、Ne、Ar三种工作气体在轴向上的摩尔分数分布依次增大,它们与空气混合的摩尔分数为0.99时的轴向传播长度依次增加,可推测同等条件下Ar气的射流长度最长。

大气压低温等离子体射流甲醇直接合成乙二醇新技术实验教学研究

利用激光诱导荧光(LIF)及发射光谱(OES)对大气压CH_3OH/Ar等离子体射流放电进行了详细地诊断研究,主要考察了不同CH_3OH/Ar体积比对射流中OH自由基的密度时空分布的影响。研究结果表明,仅少量的甲醇蒸气掺入到工作气体氩气中时(CH_3OH/Ar体积比为0.05%),有利于OH自由基的产生。发射光谱测量结果中发现存在含碳的特征活性粒子,如CN、CH、C2等。对大气压CH_3OH/Ar等离子体放电中甲醇的分解机制进行了详细的探讨。通过实验数据及进一步的探讨分析,评估了大气压低温等离子体射流中甲醇直接合成乙二醇技术的关键性外界工作参数。

手持式低温等离子体射流灭菌装置的设计与应用

为提高食品和食品包装消毒杀菌效率,探究新型灭菌技术,设计并制作一种在大气压下利用环境空气为工作气体,采用介质阻挡放电产生等离子体的手持射流装置,对装置的相关特性进行测量研究,并进行不同处理条件的验证性灭菌试验。试验结果表明,装置可有效杀灭酵母菌,灭菌效率与施加的电压强度和灭菌时间呈正相关,在电压幅值14 kV,频率13.3 kHz,灭菌时间90 s条件下产生菌落生长抑制区面积可达198.2 mm2,且等离子体射流可实现人体触摸,保证装置的电气安全性。研究为食品及食品包装的杀菌消毒提供新的技术思路与参考。

电极结构对于大气压低温等离子体射流初始电场的影响

为研究不同电极结构对于大气压低温等离子体射流电场的影响,建立了二维轴对称模型,利用COMSOL软件对3种不同的电极设置情况进行了仿真。仿真结果表明,只有针电极时,电场强度比较低,壁上加环电极时,最大电场强度显著增大,且环电极的宽度对它的大小也有影响,壁外加环电极时,最大电场强度也增大,但增加的幅度较环电极在壁上时小,且随着环电极距壁的距离越来越大,产生的影响也越来越小。

超薄射流和低温等离子体协同膜组合系统对枯草芽孢杆菌沾染物的洗消效能研究

目的 检验新型生物洗消技术——超薄射流和低温等离子体协同膜组合系统(代号UJS-LTP-WSD-1)对枯草芽孢杆菌(模拟炭疽芽胞杆菌)沾染物的节水洗消效能,为应对生物恐怖袭击及灾害提供有效去除高危病原微生物沾染的新手段。方法 采用UJS-LTP-WSD-1系统(UJS组),以普通喷淋系统(普通组)作对照,对在一定浓度枯草芽孢杆菌悬液中浸泡过的覆漆钢板、生猪皮和背部脱毛雄性成年家兔,分别冲洗10s、20s、30s、40s、60s、90s,然后取样进行细菌培养,对检出的菌落数进行比较。根据UJS-LTP-WSD-1喷头水流速和单位时间内菌落检出数的差异,推算节水率。结果 对于枯草芽孢杆菌沾染的覆漆钢板、生猪皮和背部脱毛成年雄兔,UJS组和普通组的洗消效果显示随时间延长枯草芽孢杆菌的检出数均显著降低,但UJS组的洗消效果显著优于普通组(P<0.05)。UJS模块洗消枯草芽孢杆菌沾染覆漆钢板、生猪皮、背部脱毛雄性成年家兔3组的节水率分别为85.2%~90.5%、91.5%和81.5%。结论 UJS-LTP-WSD-1系统是一种可对芽孢杆菌类细菌进行高效节水洗消的集成系统,有望成为应对生物恐怖袭击或灾害的新手段。

大气压氩等离子体射流的放电特性

为了深入地理解大气压等离子体射流放电机理和优化其放电效率,通过对大气压氩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,研究了外电极距石英玻璃管口不同距离时,氩等离子体射流放电的放电特性和演变规律。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后,研究了它们随外加电压增加的变化趋势,并结合放电机理对所得实验结果进行了分析。结果表明,氩等离子体射流主要产生的粒子有OH、N2、Ar和少量的O,随着外电极位置的不同,气体温度在317～395K之间变化,为典型的低温等离子体;外电极位置影响放电模式和放电起始电压,在氩射流阶段,电子激发温度在不同外电极位置条件下相差不大。当外电极距离管口40mm时,外加电压幅值达8kV时,放电功率和传输电荷最大,放电效果和发光强度也最强,由Penning效应产生的OH谱线强度也最强,因此,用于聚合物材料表面改性等应用时,可以采用此运行参数,以达到更好处理效果。

大气压Ar/H_2O等离子体射流的放电特性

为促进大气压Ar／H2O等离子体射流放电在材料表面改性、等离子体医学及环境工程等方面的应用，研究了大气压Ar／H2O等离子体射流放电模式和放电参量。测量了这种射流在不同外加电压下的电气特性、发光特性及光谱特性，并据此计算得到主要放电参量，如放电功率、传输电荷、电子激发温度、分子振动温度以及转动温度等随外加电压的变化规律。结果表明：随着外加电压的增大，大气压Ar／H2O等离子体射流放电模式可分为电晕放电、介质阻挡放电和射流放电3个阶段，并可通过电压电流波形图和发光图像进行区分。Ar／H2O等离子体射流产生的粒子主要有Ar、OH以及少量的O和N2等。随着外加电压的增大，放电功率、传输电荷及主要粒子（包括OH）的谱线强度都随着外加电压的增大而增大。当外加电压从7kV增加到9．5kV时，分子振动温度和转动温度随着外加电压的增大而增大，其变化范围分别为1000－2200K和350-550K。当外加电压为9．5kV时，电子激发温度为0．646eV。

等离子体射流对医疗器械的消毒效果研究

为了探索低温等离子体对医疗器械的消毒效果,设计了一种同轴介质阻挡型等离子射流装置,采用中频谐振电源在大气压下的氩气中得到类辉光放电。使用该装置对医疗器械消毒,其试验结果表明,对血压计袖带、医用弯盘以及外科镊子表面自然菌杀灭率>90%的时间分别为90、60和90s。分析表明,大气压DBD氩等离子体射流对医疗器械的消毒效果很好,并推断等离子射流中的带电粒子和活性氧在其灭菌过程中起主要作用。

大气压等离子体射流对细菌芽孢灭活机理研究

为研究低温大气压等离子体灭菌机理,设计了一种单电极等离子射流装置。使用该装置对枯草杆菌芽孢进行了细菌灭活实验。利用扫描电镜(SEM)观察了氩等离子体处理前后细菌芽孢的形貌变化;测量了等离子体处理后枯草杆菌芽孢蛋白质泄漏量,并进行了光谱诊断。实验结果表明枯草杆菌芽孢经氩等离子体射流处理5 min后,芽孢杀灭率低于两个量级。温度和紫外光在细菌灭活中作用较小,羟基自由基不起主要作用。SEM结果显示氩等离子体处理5 min后枯草杆菌芽孢形态基本保持完整。根据SEM、蛋白质泄漏量和发射光谱分析结果,推断高能粒子在细菌灭活中起主要作用。高能粒子对细菌细胞壁和细胞膜造成一定的刻蚀作用,并最终导致了枯草杆菌芽孢的失活。

Ar气中1维等离子体射流阵列的实验研究

为获得大面积射流等离子体,建立了大气压Ar气中1维等离子体射流阵列产生装置。通过电压电流波形、发光图像以及发射光谱等手段诊断了其放电特性,研究了外加电压幅值、气体流速和电源频率等对射流阵列产生的影响,得到了阵列最优工作条件,并获得此条件下阵列的放电功率和传输电荷和活性粒子等参数,进而分析了放电的排斥和耦合机制。发光图像拍摄的结果表明:外加电压幅值为8.5 k V,气体体积流量为20 L/min,电源频率20 k Hz时,射流阵列等离子体喷出管口最长,各管间排斥作用和耦合作用最小,放电最强烈,此时放电功率为101.85 W,传输电荷为1 716 n C。阵列中各管间彼此存在Coulomb力和Lorentz力,出现一定偏移是这2个力综合作用的结果。

大气压等离子体射流阵列研究进展

大气压低温等离子体射流是一种新型的等离子体放电技术,它具有运行温度低、可控性好、操作简单等特点,但其产生的等离子体体积小,不适合大面积处理。对单个等离子射流源进行一维、二维上的扩展形成阵列结构,可产生大面积低温等离子体,具有更强的处理灵活性和实用性。等离子体射流阵列成为近年来研究热点。本文综述了大气压等离子体射流阵列的研究现状,总结了各种射流阵列的产生结构和组成阵列的射流单元的结构以及驱动电源类型等,分析了射流阵列放电特性及诊断方法,介绍了射流阵列的典型应用效果,讨论了射流阵列的产生机理以及研究中存在的一些需要解决的问题。

等离子体射流对染污高温硫化硅橡胶憎水特性的影响

为研究改善染污高温硫化硅橡胶(HTV)憎水性的方法,采用大气压下的介质阻挡放电(DBD)产生低温等离子体射流,对高岭土染污后的HTV试片表面进行处理。在不同处理时间、盐密及灰密情况下,测量了染污高温硫化硅橡胶表面的接触角,研究其随时间的变化情况。研究发现:染污高温硫化硅橡胶表面在经过较短时间的低温等离子体射流处理之后,其憎水性得到了明显改善,接触角>100°;并且随着迁移时间的增加,其憎水迁移速度明显加快,迁移5 h后接触角即>110°。在重污秽情况下,随着处理时间的增加,其憎水性也得到相应改善,但效果并不理想,接触角普遍<35°。通过对照试验及扫描电镜(SEM)成像可以得到该现象产生的原因是射流等离子体与HTV相互作用,加速了HTV憎水迁移过程导致的。

经由瞬态成分N_2H_6的氨生成过程中的热平衡低温等离子体衰变

用热平衡低温等离子体合成氨法和连续实时取样进样质谱技术来探测放电过程中瞬态成分N2 H6 衰变为氨的反应途径和步骤。实验表明 ,在氮氢混合气体放电合成氨的反应过程中 ,N2 H6

大气压下等离子体射流发射光谱气/液分析

介质阻挡放电（DBD）能够在大气压下产生非平衡态低温等离子体，是一种典型的交流气体放电。由于DBD不需要真空设备就能够在常压、室温环境下获得等离子体，近年来已成为国际上的研究热点。光谱检测分析方法优点明显，它长期以来在等离子体实验技术中起重要作用，由于是“非接触式诊断”，对等离子体没有干扰；另外光谱诊断既适用于“暂态”，又适用于“稳态”。通过光谱的检测分析可以推断出等离子体的一些重要参数，如温度、密度、元素成分及其电离状态等，能够获得等离子体的成分及各成分含量信息。