利用发射光谱进行常压介质阻挡放电等离子体诊断及其在材料表面改性上的应用(英文)

使用介质阻挡放电光谱诊断装置,对常压介质阻挡放电在材料改性过程中的等离子体发射光谱进行测量,记录和比较了空气、氦气和氩气常压介质阻挡放电等离子体发射光谱,并运用氩元素谱线的相对强度来诊断电子温度等物理参量,以达到对材料表面改性过程的实时监控。工作的结果对常压介质阻挡放电及其在材料改性上的应用具有重要的意义     

常压介质阻挡放电等离子体发射光谱的检测分析

以常压介质阻挡放电等离子体作为研究对象,在常温常压条件下使用介质阻挡放电光谱诊断装置,得到N2第二正系跃迁和Ar原子发射谱线。通过对放电光谱的检测分析,可以察知常压介质阻挡放电等离子体的特性,并可运用同一元素谱线的相对强度来诊断电子激发温度等物理参量,以达到对材料表面改性过程的实时监控,工作的结果对常压介质阻挡放电及其在材料改性的应用中具有重要的意义。     

常压射流等离子体发射光谱研究

使用改进介质阻挡放电装置生成常压射流等离子体,采用光纤光栅光谱仪在300～1 000 nm范围记录了不同放电电压的氩气发射光谱,并比较了空气和氩气常压介质阻挡放电等离子体发射光谱,分析发现氩气发射光谱中的谱线都是氩原子的发射谱线,表明常压射流装置产生的等离子体全部为氩等离子体,而无其他空气成分参与放电。为测量电子激发温度,选用相距较近的763.51和772.42 nm两条光谱线对电子温度进行分析,结果表明电子激发温度的范围在0.1～0.3 eV,而且它还随着放电电压的增加而增加。初步使用“红外测温仪”测量被处理材料表面温度,结果发现材料表面的温度也随着放电电压的增加而增加,范围在50～100 ℃,材料表面温度的变化趋势可以近似表征等离子体宏观温度变化趋势。通过分析常压射流等离子体的温度特性,探讨了常压射流等离子体温度对材料改性研究的意义。     

常压介质阻挡放电等离子体发射光谱诊断及其在材料表面改性中的应用

使用介质阻挡放电光谱诊断装置,分析了常压等离子体放电电流与放电间隙的变化关系,提出了“放电临界间隙”的概念,记录和比较了空气和氩气常压介质阻挡放电等离子体发射光谱,并运用同一元素谱线的相对强度来诊断电子温度等物理参量,以达到对材料表面改性过程的实时监控。工作的结果对常压介质阻挡放电及其在材料改性中的应用具有重要的意义。     

米量级常压等离子体改性装置及其在纺织材料改性中的应用

介绍了自制的1m尺度介质阻挡电连续表面改性处理装置。论述了米量级常压介质阻挡放电的物理特性,探讨了介质阻挡放电的电压、功率、频率等电学参量之间的关系。给出了使用此装置连续对涤纶(PET)织物、熔喷PBT非织造布和羊毛织物三种纺织材料进行改性实验结果,得到了相应的扫描电子显微镜(SEM)图片,分析了材料表面改性的原因。     

非热等离子体材料表面处理及功能化研究进展

等离子体技术在现代材料制备和表面处理过程中起着重要的作用.本文聚焦于非热等离子体(NTP)材料表面处理及功能化应用,重点综述NTP在材料表面处理及功能化过程中的最新研究进展,包括激励产生等离子体的等离子体源、NTP材料表面处理及功能化工艺以及具体应用.其中,激励产生等离子体的等离子体源包括感应耦合等离子体/容性耦合等离子体、电子回旋共振/表面波等离子体、螺旋波等离子体、大气压射流等离子体和介质阻挡放电等; NTP材料表面处理及功能化工艺包括等离子体表面接枝和聚合、等离子体增强化学气相沉积和等离子体辅助原子层沉积、等离子体增强反应刻蚀和等离子体辅助原子层刻蚀工艺等;等离子体表面处理及功能化的具体应用领域包括亲水/疏水表面改性、表面微纳加工、生物组织表面处理、催化剂表面处理等.最后提出了NTP技术材料表面处理及功能化的应用前景与发展趋势.     

常压介质阻挡放电的特性研究及应用前景

常压介质阻挡放电由于其具有均匀、散漫、稳定,而且不需要真空系统等优点,正日益受到人们的重视和研究。文章给出了常压介质阻挡放电的研究进展,包括实验装置、实验条件、放电机理以及最新的诊断方法,还介绍它在材料表面改性、环境工程、食品加工等方面的应用前景。     

我国等离子体工艺研究进展

扼要综述了我国等离子体材料工艺研究的新近进展。内容包括：热等离子体源,等离子冶金、化工,超细粉合成,喷涂;低气压非平衡等离子体源,镀膜,表面改性,等离子浸没离子注入,电晕放电,介质阻挡放电,滑动弧等及其应用,当前,各类薄膜制备和表面改性的研究工作更为活跃。     

交流和纳秒脉冲Ar/H2O介质阻挡放电聚丙烯材料表面亲水改性对比研究

为了提高等离子体对聚合物材料表面处理的应用效果,优化亲水处理的条件,研究了交流和纳秒脉冲氩气介质阻挡放电（DBD）中添加适量H₂O,对聚丙烯（PP）亲水改性的处理效果。利用电学和光学诊断方法,系统地对比了交流DBD和纳秒脉冲DBD的放电特性,结果表明,纳秒电源驱动DBD具有更高的放电瞬时功率,更好的放电均匀性和更高的能量效率。通过测量不同水蒸气含量下DBD的OH发射光谱强度,确定了PP材料亲水性处理中H₂O添加的最优含量。利用交流和纳秒脉冲电源驱动DBD分别对PP材料进行亲水改性的处理,测量了不同条件下改性处理后的表面水接触角,并利用原子力显微镜（AFM）和傅里叶红外光谱（FTIR）分别对处理前后PP材料的表面物理形貌和表面化学成分进行分析。结果发现,经DBD处理后PP材料的水接触角明显降低,表面粗糙度明显增大,表面的亲水性含氧基团,羟基（?OH）和羰基（C=O）的数量大幅增加。相比交流电源,纳秒脉冲DBD处理的改性效果更好,其处理后的材料表面水接触角,比交流DBD处理的低5°左右,表面粗糙度也有所提升。而水蒸气的加入可使PP材料的表面水接触角进一步减小4°左右,表面粗糙度明显提升。研究结果为优化DBD聚合物材料表面改性实验条件及处理的效果提供了重要的参考依据。     

重复频率纳秒脉冲介质阻挡放电对聚对苯二甲酸乙二酯表面改性

介绍了0.1 MPa下的纳秒脉冲介质阻挡放电(DBD)对聚对苯二甲酸乙二酯(PET)材料表面进行的亲水性改善。分别采用均匀和丝状放电模式对PET表面改性处理,并采用水接触角测量、原子力显微镜观察、X射线光电子能谱分析对改性材料进行表面分析。实验发现介质阻挡放电处理后PET表面水接触角明显减小,接触角从78°下降到25°,但随处理时间的增加有饱和效应;PET表面粗糙程度增加,亲水性含氧基团被引入,从而改善了材料表面亲水性;纳秒脉冲下的均匀DBD比丝状DBD处理效果更为显著。     

常压He气和N$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;气均匀介质阻挡放电的伏安特性

对带有多电流峰的常压He气均匀介质阻挡放电与常压N₂气均匀介质阻挡放电的伏安特性进行了实验分析. 分析结果表明：实验结果与模拟结果相符. 在带有多电流峰的常压He均匀介质阻挡放电中,辉光放电模式和汤森放电模式可以共存于一个多电流放电序列内. 此外,在放电电流增长阶段,可以根据常压均匀介质阻挡放电的伏安特性曲线的微分电导来判断均匀介质阻挡放电的放电模式. 在放电电流增长阶段,如果电流脉冲的伏安特性曲线呈现负微分电导,则电流脉冲为辉光放电模式;如果呈现正微分电导,则为汤森放电模式. 由此可以判断,常压N₂气均匀介质阻挡放电为汤森放电模式. 关键词： 伏安特性 辉光放电模式 汤森放电模式 常压均匀介质阻挡放电     

常压介质阻挡放电间隙的选择及其在材料表面改性中的应用

使用自制介质阻挡放电装置，分析了常压等离子体放电电流和放电功率与放电间隙的变化关系，提出了“放电临界间隙”的概念，并应用该装置对PBT熔喷非织造布进行表面改性，讨论了放电间隙和放电气体等因素对改性效果的影响．     

大气压低温空气刷型微等离子体在生物医学应用

在这项研究中,自行研制在大气压下能够实现稳定刷型空气放电便携式等离子体装置并应用PET聚合物表面改性和生物医学中,在室温下整齐稳定的刷型微等离子体形成于Al_2O_3陶瓷腔底端微孔中空光纤管的末端附近,这种等离子体可以均匀大面积改性PET聚合物.等离子体可以有效地防止热敏聚合物被损坏,并且很明显的改善被处理的聚合物表面的特性,例如表面的化学成分、疏水性和生物相容性.通过对比未经等离子体处理的PET表面吸附大量的血小板和经等离子体处理后的PET表面几乎没有吸附血小板,这可归功于PET表面功能特性的改变.为了找出影响生物相容性关键因素,进一步分析了等离子体的发射光谱及PET聚合物表面化学成份.     

等离子体物理及其材料处理专题编者按

正气体放电产生的等离子体是集成电路制备不可或缺的关键技术,利用等离子体中活性粒子赋予的独特的物理和化学特性,可为超大规模集成电路制备提供具有定向性、选择性和纳米级精细性的绿色先进加工技术,大规模应用于其沉积、刻蚀、封装、清洗等工艺制程.在材料表面改性、新材料制备、生物灭菌消毒、等离子体隐身、医疗器具及人造器官的清洗、臭氧生成、新型光源、废弃物处理等领域也具有极其重要的应用前景,其低温加工的特性使其成为柔性可穿戴智能材料和器件最合适的加工技术之一.     

低温等离子体表面处理技术在生物医用材料中的应用

合成高分子材料无法完全满足作为生物医用材料所需要的生物相容性和高度的生物功能要求,为解决上述问题,文章介绍了一种表面处理方法--等离子体表面改性技术以其特有的优点在生物医用材料中的应用情况.通过等离子体处理后,能够在高分子材料表面固定生物活性分子,达到作为生物医用材料的目的.     

正弦削波电压调控大气压氦气非平滑表面介质阻挡放电均匀性的仿真研究

在大气压介质阻挡放电的实际应用中,等离子体通常作用于非平滑表面.其表面形貌导致的电场畸变和表面电荷分布不均匀,会对放电的均匀稳定产生不利影响.建立了下介质板为波浪状的大气压氦气介质阻挡放电仿真模型,并采用正弦削波电压对放电均匀性进行调控.结果表明:相比于未削波情况下,放电均匀性提高,介质阻挡放电从柱状放电模式转换为准均匀放电模式.这可以归因于气隙电压降低而产生的不完全放电消散;随后的电子回流过程使残余空间电子与表面电荷中和,限制了表面电荷积累.随着削波比例增加,表面电荷分布更为均匀,进而导致电场分布在径向上波动减弱.此外,在一定削波范围内放电效率也有所提高.本研究揭示了削波电压对非平滑表面介质阻挡放电的影响机理,为介质阻挡放电均匀性调控提供了新的思路.     

低温等离子体对材料的表面改性

 冷等离子体对材料的表面改性,通过放电等离子体来优化材料的表面结构,是一种非常先进的材料表面改性方法。冷等离子体的特殊性能可以对金属、半导体、高分子等材料进行表面改性,该技术已广泛应用于电子、机械、纺织等工程领域。等离子体是“物质的第四态”,它是由许多可流动的带电粒子组成的体系。等离子体的状态主要取决于它的化学成分、粒子密度和粒子温度等物理化学参量,其中粒子的密度和温度是等离子体的两个最基本参量。实验室中采用气体放电方式产生的等离子体主要由电子、离子、中性粒子或粒子团组成。     

纳秒脉冲放电对聚对苯二甲酸乙二酯憎水改性

基于自主研制的ns脉冲电源(上升沿约70ns,脉宽约100ns)激励介质阻挡放电产生大气压低温等离子体,在CF4气氛下对聚对苯二甲酸乙二酯(PET)表面进行了憎水改性处理,测量了改性前后的薄膜表面的水接触角,给出了CF4气流量、放电电压、处理时间和CF4比例等参数对改性效果的影响规律。结果表明,大气压ns脉冲DBD表面处理能够实现PET材料的憎水性,改性后的PET表面水接触角由66°提高到最大100°。     

大气压冷等离子体射流研究进展

有许多种方法可用于在大气中产生等离子体射流,冷等离子体（离子温度在室温附近）射流即是其中的一种.近年来,人们发现氦气或其它惰性气体通过毛细管介质阻挡放电形成的冷等离子体射流具有类似子弹的传输特性,在有机材料表面改性、等离子体医学等领域获得了广泛的应用.通过专门设计的一系列实验,我们逐渐揭示了其产生机理,并深入研究了传输特性.文章简要介绍近年来我们所做的有关大气压冷等离子体的实验过程以及获得的一些重要结论.在对这种等离子体深入了解的基础上,作者还开发了一种新装置,该装置的最大特点是既利用了氦气在辅助放电方面的特性,又不消耗这种昂贵的资源;并且它还特别适合于在臭氧层修复、等离子体医学等方面的应用.     

各向异性特异材料波导中表面等离子体的共振性质

使用时域有限差分法,研究了各向异性特异材料(AMM)作为包层的AMM/介质/AMM波导中表面等离子体的共振性质.色散关系表明,当特异材料为负磁导率的always-cutoff型时,AMM/介质/AMM波导支持TE极化的表面等离子体,表面等离子体的波长随着中间介质层的厚度和特异材料磁等离子体频率的减小而变短.在有限长度AMM/介质/AMM波导中,由于两端界面的反射,表面等离子体模在波导中形成Fabry-Perot共振,而实现亚波长的表面等离子体微腔.在共振频率,电场强度在微腔的中部达到最大值,而磁场分别在两端界面处达到最大,电磁能强局域在中间介质层中,这一性质将在可调的具有强局域特性的亚波长微腔及腔量子电动力学中具有潜在的应用.