大气压低温等离子体射流装置的设计和实验研究文献综述

 2022-05-25 09:05

概述

本文通过相对和绝对光发射光谱法(OES)研究了脉冲直流电激发的大气氦等离子体射流中的等离子体温度(气体温度和电子激发温度)和电子密度的特性。通过斯塔克展宽机制对氦和氢谱线进行高分辨率OES,以确定电子密度。提出了一个由两种不同电子密度对应的两组分布组成的叠加拟合方法来拟合所研究的电子密度谱线。当外加电压高于13.0kv时,射流放电中心和边缘区域的电子密度分别为1021 和1020 mminus;3 量级。氦的原子态分布函数(ASDF)表明,放电偏离Boltzmann-Saha平衡态,尤其是对于氦浓度较低的氦气而言,该状态明显过量。本文定义了与氦ASDF上下部分相对应的局域电子激发温度T13和Tspec,发现其范围分别为1.2ev~1.4ev和0.2ev~0.3ev。比较分析表明,Saha平衡在氦原子高激发态放电中是有效的。

1.介绍

低温大气压等离子体最近在工业和生物医学应用中引起了广泛关注,因为它们在较低的气体温度下增强了反应化学,而且无需真空系统。典型的低温等离子体可以以电介质势垒放电(DBDs),微放电射流和辉光放电的形式在有限的空间中产生。与传统的电极间放电(如DBDs)相比,等离子流具有无可置疑的优势,它们能够将具有各种反应性物种的等离子运输到单独的区域进行处理。等离子体产生和被处理表面之间的空间分隔避免了被处理物体的几何尺寸的限制。这一特殊功能使射流在生物医学领域和材料科学领域受到广泛关注。

为了充分了解此类微放电的基本特性并优化其处理效率,人们已开发出了各种喷射装置,并在过去的二十年中进行了研究。在多种不同的气体(稀有气体,双原子气体或空气)中,可以通过各种电激励来产生稳定的喷射放电,例如直流电,千赫兹频率交流电和脉冲直流电,射频(MHz)和微波(GHz)电源。

根据射流结构和电激励的不同,在不同的应用场合,可以获得不同的等离子体特性。一些喷射装置能够在露天产生长达数十厘米的等离子体流出物,一些装置能够同时产生多个用于大规模处理的等离子体射流。最近,Kim等人设计了一种微型射流装置(15 micro;m),其大小在单个细胞水平上,可用于癌症治疗。

基于纳秒成像技术的研究表明,一些喷射流出物是由快速移动的电离体积组成的。最近,先进的激光光谱技术被应用于深入了解等离子体化学,例如射流中O原子和OH自由基的绝对浓度。

虽然微放电射流的基础研究已经取得了一定的进展,但电子密度和温度等重要问题仍然需要深入研究。特别是,对于电子温度,低温喷射放电仍然没有确定的测定方法。

电子在电离过程中起着关键作用,在放电过程中起着引发剂的作用。在我们对微放电射流的等离子体物理和化学基础有一个清晰的了解之前,电子信息是非常重要的。

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