大气压氮氧等离子体射流灭活表面大肠杆菌及其发射光谱分析研究

研究了氮氧源大气压等离子体射流对表面大肠杆菌灭活作用,分析了氮氧源大气压等离子体射流的光谱性质。结果表明,在放电电压为6.8kV,气体流速为4L?min?1,处理3min时,氮氧比为1:4的大气压等离子体射流对大肠杆菌的灭活率达到98.4%,接近氧气源大气压等离子体射流灭菌效果。通过大气压等离子体射流发射光谱(OES)分析了氮氧源大气压等离子体射流中活性物质,进而解释大肠杆菌微生物灭活机理,认为NO?γ、OI、?OH等活性物质在表面大肠杆菌灭活过程中起到了重要作用。这将为大气压氮氧等离子体射流在环境卫生、微生物灭活等方面的应用研究提供实验基础和技术支持。     

大气压冷等离子体射流灭活子宫颈癌Hela细胞

研究了大气压冷等离子体射流对子宫颈癌Hela细胞的灭活机制. 在倒置显微镜下观察不同等离子体处理条件下的细胞形态, 并通过中性红吸收测试定量测定各个条件下的细胞存活率. 将功率维持在18 W, 在900 mL/min 氩等离子体中添入氧气的百分含量分别为1%, 2%, 4% 和8%的条件下处理Hela细胞, 探讨活性气体氧气在惰性气体氩气中的百分含量对Hela癌细胞灭活效率的影响, 发现添加2%氧气时, 氩/氧等离子体灭活效果最佳, 处理180 s后细胞存活率可降至7%. 当继续添加氧超过2%时, 灭活效果逐渐减弱, 直至8%时, 其效果反而不如单纯氩等离子体. 通过测量等离子体发射光谱, 结果表明活性氧自由基在癌细胞灭活过程中可能起关键作用. 关键词： 大气压冷等离子体射流 Hela癌细胞 存活率 发射光谱     

针板型大气压氦气冷等离子体射流的二维模拟

大气压冷等离子体射流的传播机理一直是人们研究的一个热点. 本文采用自洽的二维等离子体流体模型, 研究了大气压氦气冷等离子体射流在自身环境气体中以及在介质管中的传播问题. 得到了电子密度、电离速率、空间电场以及电子温度等参量的时空分布规律, 分析了介质管大小以及介质管介电常数对射流放电性质的影响, 得到了一种提高电子密度和射流尺寸的新方法. 关键词： 大气压冷等离子体射流 等离子体子弹 数值模拟 流体模型     

大气压电晕等离子体射流制备氧化钛薄膜

大气压等离子体因具有很多独特优势从而在材料制备和表面工艺领域备受关注.本文利用大气压针-板电晕放电等离子体射流制备氧化钛(TiO_2)薄膜,研究了电晕极性和放电参数对薄膜特性的影响.实验测试了正负电晕等离子体射流的电学性能、发展过程和发射光谱,并对不同条件下制备的TiO_2薄膜进行了表征和分析.结果表明:负电晕等离子体射流制备的TiO_2薄膜表面更均匀而且薄膜中钛(Ti)含量更高.正负电晕等离子体射流制备的薄膜的结合力均优于4.7 N/cm,表面电阻低于10~(10) Ω.此外,发现TiO_2薄膜在基底表面沉积和在气相中成核存在竞争机制,并进一步阐述了电晕放电等离子体制备薄膜的成膜机理和不同极性放电的差异.本文结果将为大气压等离子体制备均匀、致密的功能氧化物薄膜材料提供有益参考.     

基于N+2(B2∑+u→X2∑+g)的电弧等离子体振动温度和转动温度测量

通过光谱诊断系统测量大气压直流氩氮等离子体射流的发射光谱,在光谱紫外波段观察到氮的第一负带系N 2(B2∑ u→X2∑ g),利用N 2(B2∑ u→X2∑ g)跃迁的△v=0谱带系v'=0→v"＝0和v'＝1→v"＝1谱带,对实验测得的谱带和模拟计算得到的谱带进行点对点对比,得到了等离子体射流的振动温度和转动温度,并就仪器展宽、振动温度和转动温度对谱带结构和形状的影响进行了分析.结果表明在文章所述的实验条件下,等离子体的电子温度、振动温度、转动温度和化学动力学温度基本相等,大气压直流氩氮等离子体射流达到局域热力学平衡.     

屏蔽气体流速对同轴双管式氦气大气压等离子体射流粒子分布的影响

在大气压等离子体射流应用中,环境气体对射流流出物的影响不可忽视,尤其是在某些对环境粒子高度敏感的特定场景中.同轴双管式射流装置可用于抑制射流流出物与环境气体之间的相互扩散,从而控制射流流出物的化学性质.本文对同轴双管式氦气大气压等离子体射流在不同屏蔽气体流速下的放电特性和化学性质进行了数值仿真研究,并通过实验光学图像对仿真模型加以验证.结果表明,相比于没有屏蔽气体的情况,在高流速条件下放电得到增强,而在低流速下放电较弱;随着流速的增加,空间中的粒子数均随之增加,这可以归因于由屏蔽气体流速增加而产生的更宽的主放电通道.此外,不同浓度轮廓线上的离子径向通量受到流速的影响也存在很大差异.本研究进一步揭示了不同的放电位置对氮氧粒子产生的影响,加深了关于屏蔽气体流速影响等离子体射流放电行为的认识,并可能为等离子体射流的进一步应用开辟新的机会.     

Ar/CH4等离子体射流发射光谱诊断研究

为了更加深入的研究大气压条件下Ar/CH₄等离子体射流的放电机理和其内部电子的状态,通过自主设计的针-环式介质阻挡放电结构,在放电频率10 kHz、一个大气压条件下产生了稳定的Ar/CH₄等离子体射流,并利用发射光谱法对其进行了诊断研究。对大气条件下Ar/CH₄等离子体射流的放电现象及内部活性粒子种类进行诊断分析,重点研究了不同氩气甲烷体积流量比、不同峰值电压对大气压Ar/CH₄等离子体射流电子激发温度、电子密度以及CH基团活性粒子浓度的影响规律。结果表明,大气压条件下Ar/CH₄等离子体射流呈淡蓝色,在射流边缘可观察到丝状毛刺并伴有刺耳的电离声同时发现射流尖端的形态波动较大;通过发射光谱可以发现Ar/CH₄等离子体射流中的主要活性粒子为CH基团,C,CⅡ,CⅢ,CⅣ,ArⅠ和ArⅡ,其中含碳粒子的谱线主要集中在400~600 nm之间,ArⅠ和ArⅡ的谱线分布在680~800 nm之间;可以发现CH基团的浓度随峰值电压的增大而增大,但CH基团浓度随Ar/CH₄体积流量比的增大而减小,同时Ar/CH₄等离子体射流中C原子的浓度随之增加,这表明氩气甲烷体积流量比的增大加速了Ar/CH₄等离子体射流中C-H的断裂,因此可以发现增大峰值电压与氩气甲烷体积流量比均可明显的加快甲烷分子的脱氢效率,但增大氩气甲烷体积流量比的脱氢效果更加明显。通过多谱线斜率法选取4条ArⅠ谱线计算了不同工况下的电子激发温度,求得大气压Ar/CH₄等离子体射流的电子激发温度在6 000~12 000 K之间,且随峰值电压与氩气甲烷体积流量比的增大均呈现上升的趋势;依据Stark展宽机理对Ar/CH₄等离子体射流的电子密度进行了计算,电子密度的数量级可达1017 cm-3,且增大峰值电压与氩气甲烷体积流量比均可有效的提高射流中的电子密度。这些参数的探索对大气压等离子体射流的研讨具有重大意义。     

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.     

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.     

一种新型大气压毛细管介质阻挡放电冷等离子体射流技术

介绍一种结构设计简单、操作运行方便的新型毫米量级大气压冷等离子体射流发生技术.这种射流可以在大气压条件下，利用多种工作气体(如Ar,He,N₂)，通过毛细管介质阻挡放电(DBD)的方式实现.使用频率为33kHz，峰值电压为1—12kV的双向脉冲电源，利用Ar,He,N₂等工作气体，在毛细管内形成了稳定的冷等离子体射流.放电区域的光辐射空间分布利用商用CCD摄像机记录，从中研究放电形态和空间分布，观察到了在DBD区域的流动气体放电和在毛细管出口处形成的等离子体射流 关键词： 冷等离子体射流 毛细管介质阻挡放电 射流射程 射流激发温度     

Sterilization of mycete attached on the unearthed silk fabrics by an atmospheric pressure plasma jet

The sterilization of the simulated unearthed silk fabrics using an atmospheric pressure plasma jet(APPJ) system employing Ar/O_2 or He/O_2 plasma to inactivate the mycete attached on the silk fabrics is reported. The effects of the APPJ characteristics(particularly the gas type and discharge power) on the fabric strength, physical-chemical structures,and sterilizing efficiency were investigated. Experimental results showed that the Ar/O_2 APPJ plasma can inactivate the mycete completely within 4.0 min under a discharge power of 50.0 W. Such an APPJ treatment had negligible impact on the mechanical strength of the fabric and the surface chemical characteristics. Moreover, the Ar ions, O and OH radicals were shown to play important roles on the sterilization of the mycete attached on the unearthed silk fabrics.     

Atmospheric pressure plasma treatment on graphene grown by chemical vapor deposition

We demonstrate the surface treatment of graphene using an atmospheric pressure plasma jet (APPJ) system. The graphene was synthesized by a thermal chemical vapor deposition with methane gas. A Mo foil and a SiO₂ wafer covered by Ni films were employed to synthesize monolayer and mixed-layered graphene, respectively. The home-built APPJ system was ignited using nitrogen gas to functionalize the graphene surface, and we studied the effect of different treatment times and interdistance between the plasma jet and the graphene surface. After the APPJ treatment, the hydrophobic character of graphene surface changed to hydrophilic. We found that the change is due to the formation of functionalities such as hydroxyl and carboxyl groups. Furthermore, it is worth noting that the nitrogen plasma treatment induced charge doping on graphene, and the pyridinic nitrogen component in the X-ray photoelectron spectroscopy spectrum was significantly enhanced. We conclude that the atmospheric pressure plasma treatment enables controlling the graphene properties without introducing surface defects.     

超细Ar/O2大气压等离子体射流选择性去除聚氯代对二甲苯薄膜

介绍了一种在大气压环境下产生超细Ar/O2等离子体射流的装置。为了降低等离子体射流的尺寸,一种特制的玻璃微针被用于制作等离子体射流源。当施加在电极上的电压为4.0 kV时,该装置能产生基本均匀和稳定等离子体射流,且等离子体射流的线宽仅有几m。此外,探究了该超细等离子体射流选择性去除聚氯代对二甲苯薄膜的可能性。实验结果表明,该超细Ar/O2等离子体射流能有效地选择性去除聚氯代对二甲苯薄膜,去除速率可达2.4 m/min。因此,这种超细Ar/O2大气压等离子体射流有可能用于材料的超细加工。     

Helium/oxygen atmospheric pressure plasma jet treatment for hydrophilicity improvement of grey cotton knitted fabric

The influence of atmospheric pressure plasma jet (APPJ) treatment on the hydrophilicity of grey cotton knitted fabric (GCKF) was investigated. For comparison, specimens which had undergone different treatments were tested by contact angle measurement, scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), fourier-transform infrared attenuated total reflectance spectroscopy (FTIR-ATR) and X-ray diffraction (XRD). The results imply that helium/oxygen APPJ could improve the hydrophilicity of GCKF by modifying the surface properties. In addition, combining dewaxing processes with He/O₂ APPJ treatment was found to tremendously improve the hydrophilicity of GCKF. The mechanism of this was also confirmed by Ruthenium Red staining which showed most of pectic substances inside the cotton fiber existed beneath the waxy layer and on top of the cellulose microfibril.     

Ar/H2O大气压等离子体射流放电特性

为了研究水蒸气体积分数对大气压等离子体射流放电机理及放电效率的影响,进而产生高活性低温等离子体并优化其效率。通过对大气压氩水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,研究了不同水蒸气体积分数时,等离子体射流的放电特性。通过计算放电功率、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,研究了它们随水蒸气体积分数的变化趋势,并结合放电机理对所得实验结果进行分析。结果表明,Ar/H2O等离子体射流除了产生N2和Ar,还有OH和O,气体温度在525~720 K之间变化,为典型的低温等离子体;随着水蒸气体积分数的增加,等离子体羽喷出管口的长度减小,放电功率减小,发光强度减弱,转动温度和振动温度增加;相同功率下,水蒸气体积分数为0.5%时,产生的OH达到最大。     

大气压直流微等离子体射流研究

介绍了一种结构简单、 制作方便的微米量级大气压等离子体射流。这种微等离子体射流由直流电源驱动,可在多种工作气体(如Ar,He,N₂等)中实现大气压放电,产生高电流密度的辉光放电。为了确定微等离子射流产生的激发物种成分,测量了以Ar和N₂为工作气体的等离子体发射光谱。利用发射光谱相对强度比值法测量了氩气微等离子体射流的电子激发温度。实验显示,其电子激发温度约为3 000 K,这远低于大气压等离子体炬的电子激发温度。利用N₂的二正带发射光谱得到微等离子体的振动温度约为2 500 K;利用其电学参数估算电子密度在1013cm-3量级。利用此微等离子体射流进行了普通打印纸表面处理的应用实验。结果显示,这种微等离子体射流能够明显的提高普通打印纸的亲水性。     

The influence of moisture on atmospheric pressure plasma etching of PA6 films

The moisture in the substrate material may have a potential influence on atmospheric pressure plasma treatment. In order to investigate how the existence of moisture affects atmospheric pressure plasma treatment, polyamide 6 (PA6) films were treated by helium, helium/oxygen (O₂) plasmas using atmospheric pressure plasma jet (APPJ) at different moisture regain. The film surfaces were investigated using contact-angle measurements, atomic force microscopy (AFM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) to characterize the surfaces. The exposure of PA6 film surfaces to the plasmas led to the etching process on the surfaces and changes in the topography of the surfaces. It was shown that the etching rate and the surface roughness were higher for the 9.33% moisture regain (relative humidity 100%) group than that of the 1.61% moisture regain (relative humidity 10%) group with the same plasma gas and power.     

Wettability and sizing property improvement of raw cotton yarns treated with He/O2 atmospheric pressure plasma jet

Raw cotton fiber is water repellent due to the existence of the water repellent cuticle layer. This study is designed to systematically investigate how He/O₂ atmospheric pressure plasma jet (APPJ) treatments influence the wettability and the sizing property of cotton yarns. Water absorption time and adhesion of the sizing agent to the cotton roving are used to evaluate the improvement of wettability and sizing property of the yarn respectively. The water absorption time decreases with the increase of the treatment time and the oxygen flow rate, and the decrease of the jet to substrate distance (JTSD). An optimal water absorption time of 0.8 s is obtained with a treatment time of 20 s, JTSD of 1 mm and O₂ flow rate of 0.2 L/min. Scanning electron microscopy (SEM) shows that the etching effect increases with the decrease of the JTSD and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) presents increased oxygen contents after the plasma treatments. An increase of O-CO bonds while a decrease of C-OH/C-O-C bonds are observed when the JTSD is set at 2 mm. However, a remarkable increase of both C-OH/C-O-C and O-CO bonds are achieved when the JTSD is 1 mm. The roving impregnation test results show a nearly doubled adhesion of sizing and a slightly improved breaking elongation, indicating that the plasma treatment does effectively enhance the bonding strength between the fiber and the sizing.