《極微電漿射流的放電機理與化學活性研究》是依託南京航空航天大學，由吳淑群擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：極微電漿射流的放電機理與化學活性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：吳淑群
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
直徑＜10 μm的極微電漿射流不僅可對單細胞進行精準處理，而且可用於材料表面的微圖形處理。但是目前極微電漿射流的放電機理和化學活性仍然不清楚，本項目採用自主研發的新型極微電漿射流源，(1)從它的電、聲、光特性入手，通過變化外部放電參數，找到放電模式轉變的臨界參數視窗，在臨界條件下診斷極微電漿射流的納秒放電過程，研究管壁效應和電荷準中性消失對它的產生和推進過程影響，並提出電離機制。(2)採用輻射光譜法和雷射誘導螢光法，對極微電漿射流中帶電粒子、自由基、亞穩態和激發態活性粒子的濃度分布進行定量診斷，建立多種活性粒子的化學反應模型，闡明它的主要產生和損失機制。(3)研究放電模式、工作氣體成分和放電頻率對長壽命活性粒子的影響，揭示放電機理與化學活性之間的內在聯繫。上述機理研究探索極限條件下大氣壓電漿的放電規律，為極微電漿射流的活性調控與最佳化提供理論指導。
結題摘要
大氣壓微電漿射流技術已被套用於生物醫學和材料表面改性處理。針對極微電漿射流的放電機理與化學活性，本項目提出了通過減小電漿特徵尺寸以提高電子密度的方法，首次成功研製了直徑為4μm-10μm極微電漿和3.4μm極微電漿陣列，發現其長徑比為5000以上，電子密度高達1016-1017 cm-3，比mm級電漿高出2~4個數量級。微電漿的電流密度、電子密度與火花放電中的接近，但是它的氣體溫度遠低於火花放電的氣體溫度。隨著介質管徑減小，電流密度、電子密度和擊穿電壓顯著升高。採用光電倍增管技術與高速攝像技術研究了極微電漿的納秒動態過程，發現了微電漿的傳播形狀轉變為連續的柱狀模式，揭示了毛細管內部表面電荷、電場和擴散對高電離度、放電模式轉變與傳播速度的重要影響，證實了極微電漿仍然遵循準中性原則。在化學活性方面，極微電漿具有高電子密度、高電子溫度和低氣體溫度特徵。採用雷射誘導螢光法，獲得了微電漿射流中OH自由基的絕對濃度及它的時空分布、O原子的時空分布，建立了OH自由基和氮分子亞穩態的化學反應動力學模型，研究了OH自由基及氮分子亞穩態的產生與損失機制，並明確了電源頻率、電壓幅值及氣體組分對這些活性粒子的影響規律，探索了基底材料、放電動態過程與OH自由基時空分布的內在關聯，並提出了微電漿射流中OH自由基和O原子密度的調控方法。
