等離子體射流
等離子體射流因其在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下易形成且具有低溫的特性,廣泛的應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、材料處理、環(huán)境與環(huán)保等領(lǐng)域。
其中基于納秒脈沖電源激勵(lì)的等離子體具有很多優(yōu)勢(shì),例如其真空紫外線和氧原子的產(chǎn)生效率更高、氣體溫度更低以及電子密度更高。人們發(fā)現(xiàn)相比于交流等離子體射流,納秒脈沖氣體放電可以產(chǎn)生的更多的活性粒子,放電產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)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(shí)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(fù)頻率等多參數(shù)可調(diào),為等離子體射流的應(yīng)用以及科研探索提供可靠的支撐。
對(duì)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(chǎng)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(fā)生,導(dǎo)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(shí)活性粒子的濃度也相對(duì)較高,同時(shí)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(yè)中具有廣泛
的應(yīng)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(chǎn)生均勻的等離子體,這對(duì)于許多應(yīng)用,如表面改性、刻蝕等是至關(guān)重要的。然而,低氣壓下產(chǎn)生等離子體具有一個(gè)致命的缺點(diǎn),即真空系統(tǒng)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(yīng)用。
為了克服低氣壓等離子體的缺點(diǎn),研究者在大氣壓條件下通過放電產(chǎn)生了非平衡等離子體,從而避免了復(fù)雜且昂貴的真空系統(tǒng)。但是在大氣壓下產(chǎn)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(duì)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(zhì)阻擋放電(DBD)、微放電等,從而使得在大氣壓下產(chǎn)生均勻的、氣體溫度較低的非平衡等離子體變?yōu)榭赡?。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(jí),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(huì)影響放電的穩(wěn)定性。如果將被處理物放置在放電間隙外,通過氣體流動(dòng)的方法使放電所產(chǎn)生的活性粒子輸運(yùn)到樣品表面來(lái)達(dá)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(dá)樣品前就可能已經(jīng)消失了,從而大大降低了處理效果。為了克服上述缺點(diǎn),近年來(lái)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(nèi)產(chǎn)生大氣壓非平衡等離子體,這就使得許多應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)成為可能。正是由于N-APPJ的這個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)在國(guó)際上上掀起了N-APPJ的熱潮。為了滿足各種特定應(yīng)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(zhǎng)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(dòng)N-APPJ研究熱潮的非常重要的原因之一是等離子體醫(yī)學(xué)的發(fā)展。等離子體醫(yī)學(xué)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一門新興的交叉學(xué)科。等離子體醫(yī)學(xué)的發(fā)展與 N-APPJ的發(fā)展幾乎是同步的。特別是近幾年來(lái),研究者希望將大氣壓非平衡等離子體用于人體和動(dòng)物的臨床應(yīng)用,這就迫切需要研制出適合于各種具體應(yīng)用的裝置。因?yàn)椴豢赡軐⑷梭w或動(dòng)物放置到一個(gè)放電間隙里,當(dāng) N-APPJ與人體相接觸時(shí),必須保證人體的絕對(duì)安全。也就是說此時(shí)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(huì)對(duì)人體造成任何電傷害。幸運(yùn)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(dòng)物進(jìn)行直接處理的 N-APPJ。