电极尺寸对射流等离子体放电的影响及其在涤纶亲水研究中的应用

大气压脉冲介质阻挡放电射流等离子体中,羟基活性粒子的生成和调控对于等离子体在材料表面改性方面的应用具有重要意义,而羟基活性粒子的形成和调控又与放电结构密切相关。研究了接地电极宽度对大气压脉冲放电射流等离子体的影响:通过改变接地电极宽度,探究其对射流长度、放电强度的影响;通过增强型电荷耦合器件(ICCD)对放电时空演化进行分析;通过发射光谱分析放电产生的特征谱线。结果表明:当接地电极的宽度为1.5 cm时,射流长度最长;在射流3 mm处,有较强的羟基活性粒子浓度。利用大气压脉冲射流等离子体处理涤纶织物表面,验证了气相等离子体中羟基含氧基团与涤纶表面亲水处理效果的正相关性,为等离子体中活性粒子的控制和开发工业用等离子体源提供了参考。

大气压脉冲放电等离子体射流特性及机理研究

通过实验和数值模拟研究了大气压脉冲放电等离子体射流,其中在脉冲电压上升沿阶段的放电中形成等离子体子弹并向接地电极输运,其传播速度在10~4 m·s~(–1)量级.数值模拟研究还发现等离子体子弹邻近区域内增强的电场强度可达到10~6 V·m~(–1),说明等离子体子弹的形成主要由放电空间局域增强的电场导致,在接地电极附近会得到进一步增强.放电空间的电子密度时空演变过程揭示了等离子体子弹经过的区域会保持较高的电子密度,说明等离子体子弹的拖尾现象;而等离子体子弹头部增强的电子产生率与局域增强的电场强度对应,这说明了等离子体子弹产生的动力学过程.该大气压脉冲放电等离子体射流中等离子体子弹的特性和机理研究为发展大气压等离子体射流提供了理论和技术基础.

垂直磁场对DBD降解亚甲基蓝模拟废水的影响

研究了垂直磁场对介质阻挡放电等离子体处理亚甲蓝模拟废水的影响。磁场的方向与电场方向垂直,研究发现垂直磁场可以引起电子的回旋运动和漂移运动,使其电子在气隙空间中的保留时间和运动轨迹延长,电子与空气分子和水分子的碰撞概率增加,可以提升等离子体的均匀性和化学活性,提高亚甲基蓝降解过程中的能量利用效率,更有效地降解亚甲基蓝模拟废水。研究结果表明:在500~2 000 Gs垂直磁场条件下,利用介质阻挡放电等离子体降解亚甲基蓝模拟废水,可以使亚甲基蓝的降解率比没有磁场条件下提高10%左右。同等条件下,磁场强度越强,亚甲基蓝的降解率和能量效率越高。

碰撞辐射模型诊断大气压双频氩等离子体电子密度和电子温度的二维分布

利用发射光谱结合碰撞辐射模型(OES-CRM),探究大气压双频(2.00 MHz、13.56 MHz)等离子体的放电特性。使用CCD相机结合带通滤波片拍摄特定波长(694.3 nm、750.0 nm)谱线强度的二维图像,通过碰撞辐射模型计算等离子体电子密度和电子温度的轴向分布和二维空间分布。试验中,分别改变低频电源和高频电源的功率,探究高频分量和低频分量对放电的影响。结果表明:随着高频功率的增加,电子密度明显增加,且体区两端靠近鞘层处变化更明显,而电子温度略有升高;增加低频分量时,放电强度降低,等离子体的电子密度和电子温度均略有降低,等离子体鞘层明显向体区扩张。总体上,高频分量主要影响电子温度和电子密度的量,而低频分量主要影响电子温度和电子密度的空间分布。可见大气压双频放电能独立调控等离子体的参数值和空间分布,具有重要研究意义。

脉冲偏压占空比对多孔氧化硅薄膜性质的影响

采用由脉冲负偏压调节的等离子体增强化学气相沉积方法,以硅烷为源气体,在玻璃基片上沉积得到了多孔二氧化硅薄膜。将反应过程中加在沉积区域的脉冲偏压固定在-350V,当占空比从0.162增大到0.864时,薄膜样品的形貌、成份和结构均不相同。扫描电镜照片表明,组成多孔氧化硅薄膜的颗粒在占空比增大时变得细腻,并且薄膜整体变得多孔且蓬松。拉曼光谱和红外光谱结果显示,薄膜样品中的非晶硅和Si-H键在较高的占空比下减弱甚至消失。占空比升高时氧化硅桥键所占比例持续增加。

三频容性耦合氮等离子体中N_(2)和N_(2)^(+)的转动温度和振动温度试验

通过光谱拟合方法研究三频容性耦合氮等离子体中高频(high frequency,HF)、中频(intermediate frequency,IF)和低频(low frequency,LF)功率对氮分子(N_(2))和氮分子离子(N_(2)^(+))的转动温度(T_(r))与振动温度(T v)的影响。试验结果表明:由于等离子体的粒子密度升高,导致粒子间碰撞加剧且温度升高;N_(2)和N_(2)^(+)的T_(v)随HF功率的增加而上升的趋势非常明显,而随IF或LF功率的增加则基本不变或略有下降。由此可知,HF功率对N_(2)和N_(2)^(+)的T r影响最大,即对等离子体的加热最为明显,而LF功率的增加对等离子体的加热作用较小,IF居于两者之间。因此,HF功率有利于提高N_(2)和N_(2)^(+)的化学活性并有利于其分解,而IF和LF功率影响不大,甚至能一定程度上降低N_(2)和N_(2)^(+)的化学活性。

等离子体制备自修复超疏水涂层纤维

通过低温等离子体聚合交联作用,制备了基于PDMS@ZnO纳米颗粒复合涂层的超耐久、自修复超疏水涤纶纤维.研究了制备工艺对超疏水性、自修复性以及涂层的耐久性和稳定性的影响.结果显示, PET-g-PDMS@ZnO织物表面的水接触角(WCA)可达162.7°,滚动角(SA)为7.5°,经过300次水洗循环和1300次摩擦循环后仍然保持超疏水特性, WCA和SA分别为150.0°和35.0°.分别采用等离子体和加热方法对磨损破坏的涂层进行自修复处理,结果表明等离子体修复效果明显,而热修复只在小载荷下效果明显,并利用扫描电子显微镜、纳米压痕以及X射线光电子能谱测量结果探讨了自修复机理.该研究为等离子体技术在超疏水织物制备中的开发和应用提供理论和技术支撑.

不同电极结构对DBD降解亚甲基蓝废水的影响

文中采用介质阻挡放电(DBD)等离子体技术,分别以20、80、150、200目铜网以及铜片为电极,通过考察亚甲基蓝的降解率、一级反应动力学常数k、pH值、电导率以及COD值;研究了不同电极结构对介质阻挡放电降解亚甲基蓝染料废水的影响。并结合气体放电理论对不同电极结构下介质阻挡放电的等离子体形成机制进行了分析。研究结果发现:电极结构的变化会影响亚甲基蓝染料废水的降解效果;随着铜网电极目数的增加,铜网铜线密度的增加,等离子体放电由离散型向类弥散型过度,等离子体的均匀性增加,亚甲基蓝的降解率增加。一级反应动力学常数k也增加,单位时间内亚甲基蓝的降解速率增加;溶液的pH值更小,电导率更大,溶液COD值更小,对亚甲基蓝的降解效果更好。同等条件下,铜片电极对亚甲基蓝的降解效果优于铜网电极的降解效果。

常压连续等离子体制备长效亲水锂离子电池隔膜

基于常压连续等离子体增强化学气相沉积法,在聚乙烯隔膜上沉积含Si杂化纳米颗粒膜。采用扫描电子显微镜、红外光谱仪、X射线光电子能谱仪和光学接触角测量仪等仪器对隔膜的表面形貌、化学结构和亲水性等性能进行表征;使用电化学工作站对组装电池进行阻抗测试。结果表明:隔膜表面有杂化纳米颗粒紧密黏附,其成分为SiO_(3.5)C_(1.1)H_(x);涂层样的水接触角从121°降至22°左右,该接触角保持30 d无明显变化;经120℃热处理1 h后,透气性基本保持不变,符合锂离子电池组装过程对隔膜的要求;原样组装电池的电荷转移阻抗值为81.69Ω,而涂层样组装电池的阻抗为64.51Ω,说明电荷的传导性能得到提高。常压连续等离子体增强化学气相沉积方法可有效应用于长效亲水聚乙烯电池隔膜制备,在高性能锂离子电池方面拥有巨大的应用前景。

EAST装置边缘局域模细丝宽度的高速CCD可见光相机系统诊断

利用高速CCD可见光相机系统研究了EAST上的边缘局域模(ELMs)细丝动力学特性。采用Tsai两步标定法对CCD相机进行标定,以实现将CCD图像坐标转换为真实空间坐标。选取CCD图像中与边缘局域模细丝垂直方向上的图像灰度值,绘制了灰度分布图。灰度分布图中的一个凸起的尖峰代表了一条边缘局域模细丝结构,细丝的位置坐标由尖峰顶点确定。运用Sobel边缘检测算子检测细丝边缘轮廓,从而得到细丝的宽度。通过对边缘局域模细丝宽度特性的分析,发现边缘局域模细丝在从最外层封闭磁面向外传播的过程中宽度不断减小。这表明细丝在向外传播的过程中其能量和粒子不断耗散。I-型边缘局域模的细丝宽度比III-型边缘局域模细丝的宽度更大。

大气压脉冲级联放电快速制备超疏水耐久涂层

通过大气压脉冲级联放电(APPCD)等离子体的聚合交联作用,在涤纶织物表面快速制备兼具耐久性和自修复能力的超疏水涂层。深入研究不同等离子体放电源对涂层表面疏水性、耐久性及稳定性的影响。结果表明:APPCD等离子体制备的超疏水涂层表面水接触角可达163.2°,滚动角低至8.4°,样品经600次摩擦或250次水洗后仍可保持超疏水性;超疏水涂层表面弹性模量的变化是影响涂层机械牢度的主要原因;制备的超疏水涂层具有良好的可修复性,加热修复可使出现一定磨损的织物恢复疏水性。研究可为超疏水涂层的工业推广提供试验基础和技术支持。

多孔氧化硅薄膜阴极射线谱的研究

采用近常压下等离子体增强化学气相沉积的方法制备得到多孔氧化硅薄膜,并在沉积区域加载偏压对薄膜形貌和性质进行调制。扫描电镜显示偏压条件下沉积的薄膜更加蓬松多孔,常温下阴极射线谱表明:增大偏压的占空比,CL谱中发光峰的位置并不改变,但谱线强度增大。发光峰的位置说明薄膜中的主要成分是Si-O-Si基团,且该种基团以非桥键的形式存在,薄膜中还存在少量的Si-H键,这与红外光谱测试结果一致。X射线衍射结果表明薄膜中的SiO2是非晶态的。

大气压等离子体射流中振转温度的发射光谱研究

通过发射光谱对大气压氦等离子体射流三个不同位置进行测量,并采用光谱拟合获得氮气分子振转温度的方法,研究了放电电压和气体流量以及离喷口的距离对射流的温度和化学活性的影响。发现大气压等离子体射流的气体温度和振动温度均随着放电电压增加而升高,随着气体流量的增大而降低,随着离喷口距离的增加而降低并逐步趋于稳定。通过对等离子体射流中振动温度的变化趋势并结合活性成分氧原子光谱强度的变化证实了等离子体射流的活性亦随着气体流量及离喷口距离的增大而降低,随着放电电压增加而升高的结论。