等離子體射流



等離子體射流因其在標準大氣壓下易形成且具有低溫的特性,廣泛的應用于醫學、材料處理、環境與環保等領域。
其中基于納秒脈沖電源激勵的等離子體具有很多優勢,例如其真空紫外線和氧原子的產生效率更高、氣體溫度更低以及電子密度更高。人們發現相比于交流等離子體射流,納秒脈沖氣體放電可以產生的更多的活性粒子,放電產生的強電場可以使電子很快加速,而離子和中性粒子幾乎沒有被加速。因此,在提高等離子體中的活性粒子濃度的同時還可以有效控制宏觀溫度的增加。
靈楓源基于HVP系列的納秒脈沖電源,具有脈沖寬度、上升沿、峰值電壓、極性、重復頻率等多參數可調,為等離子體射流的應用以及科研探索提供可靠的支撐。



對于低氣壓放電,由于氣體的密度較低,電子與中性粒子的碰撞頻率也比較低,因此電子在電場的作用下比較容易獲得較高的能量。這就使得電離較為容易發生,導致在低氣壓條件下比較容易獲得較高密度的等離子體,此時活性粒子的濃度也相對較高,同時還能保證氣體的溫度保持在較低的水平。這就使得低氣壓非平衡等離子體在工業中具有廣泛
的應用,如等離子體刻蝕、材料表面改性與清洗、改善材料的生物兼容性、生成納米材料等。此外,在低氣壓下比較容易產生均勻的等離子體,這對于許多應用,如表面改性、刻蝕等是至關重要的。然而,低氣壓下產生等離子體具有一個致命的缺點,即真空系統是不可避免的。這就使得低氣壓等離子體只能用于那些具有高附加值且適合于真空條件下的應用。
為了克服低氣壓等離子體的缺點,研究者在大氣壓條件下通過放電產生了非平衡等離子體,從而避免了復雜且昂貴的真空系統。但是在大氣壓下產生非平衡等離子體,人們面臨著諸多困難,其中包括等離子體的氣體溫度都相對比較高、容易過度到非均勻放電和弧光放電等。在過去的20多年里,人們采用了多種手段去克服這些問題,如介質阻擋放電(DBD)、微放電等,從而使得在大氣壓下產生均勻的、氣體溫度較低的非平衡等離子體變為可能。但是,在大氣壓下放電,由于氣體的擊穿電壓較高,因此放電間隙通常在幾 mm 到幾cm的量級,這就使得被處理樣品的尺寸受到了限制。此外,有的樣品放到放電間隙中還會影響放電的穩定性。如果將被處理物放置在放電間隙外,通過氣體流動的方法使放電所產生的活性粒子輸運到樣品表面來達到處理目的,則帶電粒子及一些壽命較短的活性粒子在到達樣品前就可能已經消失了,從而大大降低了處理效果。為了克服上述缺點,近年來研究者研制出了大氣壓非平衡等離子體射流(N-APPJ)。由于大氣壓非平衡等離子體射流能夠在開放的空間、而不是在間隙內產生大氣壓非平衡等離子體,這就使得許多應用的實現成為可能。正是由于N-APPJ的這個顯著優點,近年來在國際上上掀起了N-APPJ的熱潮。為了滿足各種特定應用的需要,人們研制出了多種多樣的N-APPJ。在射流的研究中取得了諸多突破,射流的長度從幾mm到十幾cm,射流的氣體溫度從幾百°C到常溫,工作氣體從以惰性氣體為主到完全用周圍空氣。
推動N-APPJ研究熱潮的非常重要的原因之一是等離子體醫學的發展。等離子體醫學是近幾年發展起來的一門新興的交叉學科。等離子體醫學的發展與 N-APPJ的發展幾乎是同步的。特別是近幾年來,研究者希望將大氣壓非平衡等離子體用于人體和動物的臨床應用,這就迫切需要研制出適合于各種具體應用的裝置。因為不可能將人體或動物放置到一個放電間隙里,當 N-APPJ與人體相接觸時,必須保證人體的絕對安全。也就是說此時不僅要求N-APPJ的氣體溫度基本保持在常溫,而且要求該等離子體不會對人體造成任何電傷害。幸運的是,通過研究者的不懈努力,人們研制出了多種可用于人體或動物進行直接處理的 N-APPJ。