基于DBD 悬浮电极低温等离子体杀菌消毒仪研制

基于介质阻挡放电(DBD)原理,研究设计了一种悬浮电极式的低温等离子体发生设备,产生的等离子体温度较低且对人体安全,可直接接触。用所研制的低温等离子体发生设备对大肠杆菌做了灭活实验,实验结果表明,该设备产生的低温等离子体对大肠杆菌作用10s 以上,在等离子体有效作用区内大肠杆菌杀灭率为100%,表明所研制的低温等离子体发生设备具有很好的杀菌消毒效果。     

铜钴团簇催化水煤气变换反应的催化活性

水煤气变换反应在质子膜燃料电池中可以除去CO,同时生成H2,因此应用于水煤气变换反应的催化剂受到了广泛的关注。为了研究团簇中掺杂单个原子对催化剂催化活性和反应机理的影响,我们采用密度泛函理论研究了Cu12Co和Cu13催化水煤气变换反应的催化活性和反应机理,其中我们考虑了三种反应机理,包括氧化还原机理、羧酸机理和甲酸基机理。通过对比研究Cu12Co和Cu13,我们发现掺杂团簇Cu12Co的催化活性比Cu13的催化活性好,而且Cu12Co和Cu13催化水煤气变换反应的最优路径都是羧基机理。在此过程中,Cu12Co和Cu13的基态结构均为Ih构型;Cu12Co和Cu13团簇上吸附H2O分子时都是在顶位上的吸附最强,而吸附CO分子最强的位点分别是顶位和洞位;对于氧化还原机理和甲酸基机理,其决速步都是OH* + * → O* + H*,而羧基机理的决速步分别是COOH* + * → CO2* + H* (Cu12Co)和2H* → H2* + * (Cu13)。本文的研究加深了我们对铜钴团簇催化水煤气变换反应的催化行为的理解。     

低温等离子体分解N2/O2/NO气氛中NO试验研究

利用自行设计的介质阻挡放电型低温等离子体反应器,研究了NO初始浓度、O₂初始浓度、放电功率、电源频率等因素对NTP转化N₂/O₂/NO气氛中NO的影响规律。研究发现,NO去除率随功率增大而升高,到达一最大值后随功率增大而降低;NO去除率随O₂初始浓度增加而降低,随NO初始浓度增大而减小。相同放电功率下,同一组分中NO去除率随电源频率的增加而降低,因此相同放电功率下降低电源频率可提高NO去除率。O₂初始浓度不高于5%时,NO_x大部分为NO,NO₂和O₃浓度均随放电功率增大而降低,NO₂、O₃生成量随O₂初始浓度升高而增多。     

基于发射光谱诊断的低温等离子体技术转化N2/NO气氛中NO的研究

建立了低温等离子体技术处理N₂/NO气氛中NO的实验系统,利用介质阻挡放电发射光谱诊断法分析了NTP技术处理NO的反应机理,以及研究了NTP系统的运行参数和N₂体积流量对NO转化率的影响规律。研究结果表明,随着V（_P-P）的增加,N₂发射光谱强度相对于NO发射光谱强度的比值增加,N₂第二正带系发射光谱强度增加,表明放电区间的高能电子浓度增大,有利于N₂离解成N原子,从而促使NO还原转化;增加N₂体积流量会使NO转化率降低,NO₂浓度升高。     

低温等离子体及其在材料表面改性中的应用

 一、等离子体物理的发展历史概况17世纪初叶,Sir.WilliamGilbert引入了一些基本概念,这些概念至今还用在描述电和磁的现象。1745年,E.G.vonKleist发明了莱顿瓶,即一种最原始的电容器,用于储积大量电荷并获得高的静电电位。在18世纪50年代,BenjaminFranklin利用莱顿瓶完成了证实其电的单流体理论的试验,同时也证实了闪电是电的一种形式。也是由Franklin引入一正负极性的概念。在其最初的单流体理论中,正极性意味着正向电流过剩,而负极性则意味着该正向电流不足。19世纪期间,电子放电物理获得了很快进展。     

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。     

常压窄间隙介质阻挡放电等离子体辐射特性

利用带有透明电极与可测向观察的一个介质阻挡放电(DBD)实验装置对它的常压窄间隙等离子体辐射特性进行了实验研究。结果表明：这一DBD装置的辐射特性会受激励电压、激励频率、DBD结构等多种因素影响。在频率为10～20kHz高压电源激励下,采用窄间隙、薄电介质层结构DBD可以大幅度提高放电空间的电场强度,增加放电功率密度,提高了放电装置性能。     

电晕放电与介质阻挡放电等离子体简介

 等离子体(Plasma)是在宏观尺度内维持电中性的非凝聚系统,又被称为物质第四态。Plasma源于希腊语πλασμα,原意是能够成型的东西,生物学上作原生质讲。1927年,朗缪尔(I.Langmuir)最先引入等离子体(Plasma)这个术语,并在两年后与唐克斯(L.Tonks)一起给等离子体赋予电离气体的涵义。其主要特征是:体系内除了单个分子间的弹性碰撞外,还发生大量的使分子处于激发量子态的非弹性碰撞;粒子间存在长程库仑力,导致带电粒子群的集体效应;等离子体的运动与电磁场的运动紧密耦合。按其体系温度,等离子体可分为高温等离子体和低温等离子体两大类。     

电容耦合分区放电等离子体的研究

介绍了一种新的大气压下空气中等离子体产生方法─── 电容耦合分区放电。该方法综合了电晕放电和介质阻挡放电的优点,在大气压下可以生成大规模、高密度、均匀稳定的非平衡等离子体。其放电功率可达常规介质阻挡放电100倍以上,且可根据需要灵活调整。     

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。     

低温等离子体的光谱测量研究

采用光谱测量法研究低温等离子体特性具有突出的优点.阐述了目前光谱测量用于低温等离子体研究的原理和分析方法,将运用光谱描述等离子体的方法概括成直接分析和间接分析两类.本文采用光谱测量的方法对常压空气辉光放电(APGD)等离子体进行了研究,得到了APGD等离子体光辐射特性随所加功率呈线性关系的结果,为常压空气辉光放电等离子体的光谱诊断建立了基础.     

铋酸钠催化大气压介质阻挡放电降解苯胺

在柱-板式介质阻挡放电体系中投加铋酸钠催化剂,研究了该体系的放电光谱特性及对苯胺模拟废水的协同处理效果,考察了pH 值、苯胺初始质量浓度及催化剂投加量等因素对降解率的影响,探讨了铋酸钠协同介质阻挡放电(DBD)催化降解苯胺的机理。实验结果表明,柱-板式电极结构放电过程中辐射出了紫外光和可见光,300~450 nm之间出现高强度N2第二正带谱线。初始浓度100 mg/L苯胺废水被处理10 min后,投加0.2 g/L催化剂时溶液的TOC去除率最高,比单独DBD低温等离子体体系提高14.11%。在碱性条件下,苯胺和TOC的去除率均好于酸性和中性条件。XRD检测结果显示铋酸钠在反应前后峰值位置未发生明显改变。     

铋酸钠催化大气压介质阻挡放电降解苯胺

在柱-板式介质阻挡放电体系中投加铋酸钠催化剂,研究了该体系的放电光谱特性及对苯胺模拟废水的协同处理效果,考察了pH 值、苯胺初始质量浓度及催化剂投加量等因素对降解率的影响,探讨了铋酸钠协同介质阻挡放电(DBD)催化降解苯胺的机理。实验结果表明,柱-板式电极结构放电过程中辐射出了紫外光和可见光,300~450 nm之间出现高强度N2第二正带谱线。初始浓度100 mg/L苯胺废水被处理10 min后,投加0.2 g/L催化剂时溶液的TOC去除率最高,比单独DBD低温等离子体体系提高14.11%。在碱性条件下,苯胺和TOC的去除率均好于酸性和中性条件。XRD检测结果显示铋酸钠在反应前后峰值位置未发生明显改变。     

大气压射流等离子体放电特性及其灭菌效果

介绍了一种同轴电极的射流等离子体发生装置,可以直接在大气中将生成的氦气辉光放电射流等离子体喷出进行杀菌消毒,无需反应容器和真空系统,并从电压、频率、流速等方面讨论了该同轴等离子体发生器的放电特性。在稳定的放电条件下,利用实验装置进行了大气压下的等离子体灭菌实验,验证了本装置在等离子体灭菌应用上的可行性和易操作性。灭菌结果表明：在最初的2 min内,细菌减小趋势明显,3 min后细菌几乎全部消亡。     

光谱法研究一种具有渐变折射率的新型等离子体光子晶体

在双水电极介质阻挡放电装置中,在氩气和空气的混合气体放电过程中通过改变气体压强可以得到一种新型等离子体光子晶体。该光子晶体具有四边形的复杂对称结构,包括晶胞中心处的细等离子体柱、四周的等离子体片、等离子体片交叉点产生的等离子体柱和边缘处的粗等离子柱。运用发射光谱法研究了该等离子体光子晶体不同位置处的等离子体状态,通过测量氩原子696.54 nm(2P2→1S5)发射谱线的展宽对比了电子密度,通过氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)发射谱线计算了分子振动温度。实验结果证实,不但晶胞中心处的细等离子体柱、四周的等离子体片、等离子体片交叉点产生的等离子体柱和边缘处的粗等离子柱具有不同的等离子体状态,不同位置处的晶胞中心细等离子体柱也具有不同的等离子体状态。电子密度由大到小排列依次为:4个角上的细等离子体柱(A)、靠近4个边的细等离子体柱(B)、靠近中心的细等离子体柱(C)、边缘处的粗等离子体柱(D)、等离子体片交叉点产生的等离子体柱(E)、四周的等离子体片(F)。分子振动温度的变化规律与电子密度相反。由于该晶体结构中A、B、C 3处的折射率均不相同,由内向外呈周期性渐变排列,它们和其他位置处不同的等离子体状态构成了具有渐变折射率的等离子体光子晶体。     

复杂结构自组织等离子体光子晶体光谱研究

利用双水电极介质阻挡放电装置, 在气体放电中产生了一种由放电丝自组织形成的复杂结构等离子体光子晶体。该晶体结构由许多四边形的晶胞组成, 每个晶胞包括大点、两种不同的小点和线, 分别对应粗等离子体柱、两种细等离子体柱和等离子体片。采用发射光谱法, 对不同位置处的等离子体状态进行了研究, 对比了其电子密度和分子振动温度。具体方法是通过氩原子696.54 nm(2P2→1S5)的发射谱线测量谱线展宽进而对比电子密度, 通过氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线计算分子振动温度。结果发现: 四种不同位置的等离子体具有不同的电子密度和分子振动温度, 即它们各自处于不同的等离子体态。电子密度按照降序排列顺序依次为: 中心粗等离子体柱四周的细等离子体柱、粗等离子体柱、边缘处的等离子体片、等离子体片交叉点处的细等离子体柱;分子振动温度的变化趋势与电子密度相反。由于等离子体电子密度不同, 对光的折射率也不同, 因此在该晶体结构中, 粗等离子体柱、两种细等离子体柱以及等离子体片具有不同的折射率, 它们和周围未放电的区域自组织形成具有五种折射率的复杂结构等离子体光子晶体。该等离子体光子晶体易于产生, 具有结构多样、分析简单的优点, 具有广泛的应用前景。     

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基于介质阻挡放电(DBD)原理,研究设计了一种悬浮电极式的低温等离子体发生设备,产生的等离子体温度较低且对人体安全,可直接接触。用所研制的低温等离子体发生设备对大肠杆菌做了灭活实验,实验结果表明,该设备产生的低温等离子体对大肠杆菌作用10s 以上,在等离子体有效作用区内大肠杆菌杀灭率为100%,表明所研制的低温等离子体发生设备具有很好的杀菌消毒效果。     

等离子体气动激励机理数值研究

基于介质阻挡与准直流电弧放电的物理过程, 分析了它们的气动激励机理, 建立了各自的气动激励模型, 并分别研究了它们对低速和超声速流动的激励效果. 结果显示: 介质挡板放电等离子体气动激励机理是改变了连续流体中的三种力, 即由牛顿内摩擦引起的剪切应力、由电动力学引起的体积力及由压力突变引起的冲击力, 其中基于电动力学的体积力效应占主导地位; 临近空间环境中体积力的作用效果更强, 诱导速度更大; 超声速来流下准直流电弧放电气动激励机理主要是等离子体的热阻塞效应, 本文所建立的爆炸丝传热模型可以用于仿真其控制激波的过程; 热电弧对于超声速来流而言就像一个具有一定斜坡角度的虚拟突起, 可用于高超声速飞行器前体激波的控制.     

介质阻挡放电等离子体对近壁区流场的控制的实验研究

采用粒子图像测速仪对介质阻挡放电等离子体在静止流场中诱导出的速度场、等离子体激励对平板附面层的改变进行了研究.实验结果表明,等离子体激励作用主要集中在近壁面附近;激励电压与诱导速度近似为线性关系,激励频率对诱导速度的影响不大.将等离子体流动控制原理初步归纳为撞击效应和热效应,并通过数值模拟的方法研究了热效应对等离子体激励诱导速度场的影响.数值模拟结果表明,在无来流的情况下等离子体热效应对流场的影响比较明显,使局部水平方向速度大小提高近30%.简要介绍了提高等离子体激励强度的方法. 关键词： 介质阻挡放电等离子体 流动控制 边界层     

等离子体助燃旋流扩散火焰的光谱分析

介质阻挡放电(DBD)辅助燃烧是等离子体技术领域发展起来的新的应用途径.本文利用CCD相机及光谱仪记录并分析甲烷-空气旋流扩散燃烧火焰形态及特征光谱,研究了等离子体激励的助燃、稳燃机理,分析了不同激励方式对等离子激励效果的影响。实验结果表明,等离子体激励放电会产生大量的自由基及活性基团,如CH,OH,O~+,O原子的各激发态能级及N_2第一正带系等谱线,其中重点分析了加电前后及不同激励方式下O原子(3s~3S~0→3p~5P,λ=777.5 nm)及氮气第一正带系B~3Π_g→A~3∑_u~+粒子(振动带波长为λ=891.2 nm)发射光谱变化,由于氮原子与氧原子均为加速燃烧的重要活性粒子,这些基团的产生使得甲烷更容易发生一系列链式氧化反应。定常激励产生的活性粒子浓度大于未经过等离子体激励及非定常激励下所产生的活性粒子浓度;经过等离子体激励后火焰根部更靠近燃烧器喷嘴底部,说明等离子体激励产生的活性粒子加速了链式反应的进行,缩短了点火迟滞时间.