Ar等离子体射流处理乙醇水溶液的放电特性及灭菌效应

乙醇是一种医疗上常用的消毒剂,理论上在Ar等离子体射流处理的水溶液中掺杂乙醇可以增强灭菌效果。通过对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的灭活实验,发现在被处理的水溶液中掺杂20%乙醇可使Ar射流等离子体活化水的灭菌效果提高5个数量级以上。进一步地,发现当工作气体中掺杂0.2%N2或在屏蔽罩中掺杂1%O2时,只需在被处理的水溶液中掺杂2%乙醇,即可提高5个数量级以上的灭菌效果。同时发现,2%乙醇掺杂可使等离子体中多个放电通道交叠,原因可能是亚稳态Ar*和乙醇气体分子在气液界面的彭宁电离作用。最后,通过对液相活性粒子的检测分析,发现等离子体活化乙醇溶液中的过氧乙酸可能在灭菌过程中起主导作用,而过氧亚硝酸和过氧乙酸可能协同作用增强了灭菌效果。

不同电极结构下大气压Ar等离子体射流的流体模拟研究

采用二维轴对称流体模型对比研究了3种不同电极结构下大气压Ar等离子体射流的基本特性。第一种是带绝缘介质的针电极结构(电场方向和气体流方向平行),第二种是在第一种电极结构的介质管外增加一个垂直气流方向的接地环电极,第三种是不带绝缘介质的裸针电极结构。研究结果表明,接地环电极的引入对介质管内外的射流传播影响不同。在介质管内,接地环电极使管内表面附近的径向电场增加,电子密度升高,射流传播速度加快,但对中心轴附近的电场和电子密度影响很小;然而在介质管外,接地环电极的引入导致轴向和径向电场均减小,从而引起射流的传播长度减小,射流通道径向收缩。通过带绝缘介质的针电极和裸针电极结构的对比研究发现,保持其他条件不变,去掉包裹在针电极上的介质后,由于等离子体电势升高,电场增加,射流的传播长度几乎增加一倍,峰值电子密度增加近一个数量级,而且在整个射流通道内电子密度都保持相对高的值。此外,对3种电极结构下的主要活性粒子的产生和输运进行了比较研究。

大气压Ar等离子体射流对环氧树脂表面绝缘性能提升研究

实际运行工况下的开关柜内绝缘件受到污秽、潮湿凝露、发热和冷热循环等不利影响而逐步老化,材料表面绝缘性能不断降低,对设备安全运行造成威胁。为了提高环氧树脂(EP)表面的绝缘性能(憎水性、表面电阻率及沿面闪络电压),基于介质阻挡放电原理,采用高压脉冲源激励产生大气压Ar等离子体射流(APPJ)处理表面涂抹二甲基硅油的环氧树脂。实验结果发现:处理后的EP表面憎水性明显增强,二甲基硅油中含Si基团由于等离子体射流中高能活性粒子作用修饰到EP表面,形成新的Si⁃C和Si⁃O化学键。同时,材料表面上的二甲基硅油阻碍了含O活性粒子接触EP表面,使含O的活性基团无法在环氧树脂表面生成。同时,由于EP表面粗糙度的上升,EP表面沿面闪络电压及表面电阻率明显上升。

大气压氩气等离子体射流长度的影响因素

为了研究不同大气压氩气射流结构的放电特性以及气流速率、外施电压和电极结构对射流体长度的影响,设计了外表面双电极、外表面单电极和中心同轴电极3种不同结构的氩气等离子体射流装置,并结合气体动力学和静电场进行了分析。实验结果表明,随着气流速率的增加,射流管内的氩气流动状态会经历从最初的层流态到中间的过渡态再到最后的湍流态的过程,相应的射流体长度也随着气流速率的增加先增大后减小,并在雷诺数为2000～3000时达到最大值。总体上来说,在同一气流速率下,单电极结构的射流体长度略大于双电极结构,而中心电极结构的射流长度较短;中心电极结构的放电最为稳定,双电极次之,单电极最差。分析认为,射流体长度主要取决于流注崩头的高能电子,由于双电极和单电极结构的电场以轴向分量为主,放电类似于流注放电,射流体较长;而中心电极结构的电场集中在中心电极尖端,放电起始于电晕放电,射流体较短。同样受电场分布的影响,随着射流管内径的增大,双电极和单电极结构的射流体长度最大值先增大后逐渐趋于饱和,而中心电极结构的射流体长度最大值则略有减小。

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。

等离子体射流法制备高纯竹节状碳纳米管

以乙醇为碳源,二茂铁为催化剂,氮气为电弧工作气体,利用等离子体射流在常压下制备高纯度竹节状多壁碳纳米管。用TEM和HRTEM等技术对所得产品进行表征。发现在电弧电压140V^150V,电流220A^240A,将二茂铁和乙醇混合溶液(质量比为1∶100)以50mL/min速度连续加入反应器,反应120s后,即可批量制备纯度在90%以上的竹节状碳纳米管;这些竹节状碳纳米管的管径尺寸均匀,为20nm左右,长度为数微米,其管壁呈典型的鱼骨状。产品中含有部分分叉结构,呈Y形竹节状碳纳米管。认为竹节状碳纳米管的形成涉及以下几个步骤乙醇在等离子体射流中裂解产生大量碳活性物种,同时溶解在乙醇中的二茂铁生成催化剂颗粒;碳活性物种在催化剂颗粒上溶解、扩散并从催化剂颗粒上析出堆积成为碳纳米管管壁碳层,由于催化剂颗粒运动与碳层生长速度的差异,最终形成竹节状结构的碳纳米管。

氩等离子体射流的摩尔分布和光谱变化研究

利用10 kHz的正弦波高压电源驱动在大气环境中产生了稳定的Ar等离子体射流。结合射流的图像,基于Ar在空气中的摩尔分数分布和不同放电位置处光谱的变化,研究了Ar和空气之间的交互影响。随着外加电压的升高射流经历三个阶段:低电压阶段,射流刚能产生,长度较短,Ar在放电中起主导作用;中电压阶段,放电沿射流通道发展,射流长度逐渐增加,在射流的前端Ar与空气的最强光谱强度大致相当;高电压阶段,射流前端流注头携带的能量更大,足以电离空气含量更大的混合气体,此时射流长度线性缓慢增加,整体变粗,并且呈现剑状。研究发现在射流向空气传播的过程中,Ar的各谱线强度衰减速率不同,这可能是激发态的氩原子与基态的氮分子发生了近共振能量转移碰撞导致的。最后分析了射流光谱中OH自由基谱线的产生及减弱的原因,发现空气在其中发挥着重要的作用。

Ar/H_2O等离子射流作用下生理盐水中H_2O_2的生成

低温常压等离子体产生的丰富的化学活性物种(活性氧和氮基团)在生物医学应用(如伤口消毒和愈合)上有着很高的需求,尤其是活性氧基团(如O(3P)、O(5P)、OH*、O2-、1O2、O、O3和H2O2)有着很强的杀菌能力。为此,采用了一种针-环介质阻挡放电(DBD)结构的Ar/H2O等离子体射流作用于生理盐水中生成H2O2,并对水蒸气体积分数、等离子体处理时间及等离子体处理后储存时间对生理盐水中H2O2浓度的影响进行了相应的研究。研究结果表明:在相同处理时间的情况下,生理盐水中H2O2浓度随着水蒸气体积分数的增大而出现先增后减的情况,而H2O2生成率和能量利用率则受水蒸气体积分数影响不大;在相同水蒸气体积分数的情况下,较长的等离子体处理时间将会导致较高的H2O2浓度、生成率和能量利用率;等离子体处理后的生理盐水中的H2O2在40 min时间内可以相对稳定地存在,显示了H2O2在等离子体药学上应用的可能性。

不同等离子体源作用下的H_2O_2生成比较研究（英文）

H2O2是一种强氧化剂,能够通过各种等离子体源有效生成.文章主要讨论3种不同等离子体源作用下的H2O2生成:AC针-生理盐水电极空气等离子体、He/H2O射流等离子体和Ar/H2O射流等离子体.生理盐水由于其在生物医学上的广泛应用而作为文章中等离子体处理的试样.文章对不同等离子体源作用下,生理盐水中生成的H2O2浓度、生成率和能量利用率进行了比较研究.研究表明:He/H2O射流等离子体在Fmoist=200 sccm时能够最为有效地生成H2O2,暗示出其可以作为最合适的等离子体源在液体中有效生成H2O2.

HMDSO含量对纳秒脉冲激励Ar/HMDSO射流放电特性的影响

通过在放电气体中添加含Si媒质可在材料表面引入含Si基团,能有效提高等离子体憎水改性效果,增强材料沿面耐压能力。该文选取六甲基二硅醚(HMDSO)为含Si媒质,采用纳秒脉冲激励在Ar/HMDSO中产生射流放电,通过电压电流波形测量等电气特性,发光图像、发射光谱及ICCD等光学特性诊断,研究了HMDSO含量对放电特性的影响,得到等离子体羽长度、放电功率、传输电荷、主要粒子谱线强度及电离波传播等参量随HMDSO含量的变化趋势,并结合放电电离反应及动态发展过程进行分析。结果表明,少量HMDSO的引入对放电有促进作用,体现在随添加含量的增加,射流体羽长度变长,注入功率和传输电荷量提高、主要粒子谱线强度增强,电离波传播速度和距离提升。这些参量在HMDSO体积分数为0.04%时达到最大值,当HMDSO体积分数大于0.04%时,放电强度开始减弱,表现在相关参量随HMDSO含量的增加而降低。HMDSO参与放电中直接电离反应及与Ar激励态反应,这两种反应的竞争是导致其对放电特性影响存在极值的原因。