世纪新天关于医学、材料处理、环境与环保等领域纳秒高压脉冲电源等离子体射流应用的研究

世纪新天关于纳秒高压脉冲等离子体射流应用的研究

等离子体射流应用广泛，如医学、材料处理、环境与环保等领域。

基于纳秒脉冲电源的等离子体具有优势，如更高的真空紫外线和氧原子的产生效率、更低气体温度以及电子密度。相比于交流等离子体射流,纳秒脉冲气体放电可以产生的更多的活性粒子，放电产生的强电场可以使电子很快加速，而离子和中性粒子几乎没有被加速。因此，在提高等离子体中的活性粒子浓度的同时还可以有效控制宏观温度的增加。

世纪新天基于XT新天系列的纳秒脉冲电源，具有多参数可调，为等离子体射流的应用以及科研探索提供可靠的支撑。

低气压放电由于气体的密度较低，电子与中性粒子的碰撞频率也比较低，因此电子在电场的作用下比较容易获得较高的能量。这就使得电离较为容易发生，导致在低气压条件下比较容易获得较高密度的等离子体，此时活性粒子的浓度也相对较高，同时还能保证气体的温度保持在较低的水平。这就使得低气压非平衡等离子体在工业中具有广泛的应用，如等离子体刻蚀、材料表面改性与清洗、改善材料的生物兼容性、生成纳米材料等。此外，在低气压下比较容易产生均匀的等离子体，这对于许多应用是至关重要的。

然而，低气压下产生等离子体具有一个致命的缺点，即真空系统是不可避免的。这就使得低气压等离子体只能用于那些具有高附加值且适合于真空条件下的应用。

为了克服低气压等离子体的缺点，研究者在大气压条件下通过放电产生了非平衡等离子体，从而避免了复杂且昂贵的真空系统。但是在大气压下产生非平衡等离子体，人们面临着诸多困难，其中包括等离子体的气体温度都相对比较高、容易过度到非均匀放电和弧光放电等。在过去的２０多年里，人们采用了多种手段去克服这些问题，如介质阻挡放电（DBD）、微放电等，从而使得在大气压下产生均匀的、气体温度较低的非平衡等离子体变为可能。但是，在大气压下放电，由于气体的击穿电压较高，因此放电间隙通常在几 ｍｍ 到几ｃｍ的量级，这就使得被处理样品的尺寸受到了限制。

此外，有的样品放到放电间隙中还会影响放电的稳定性。如果将被处理物放置在放电间隙外，通过气体流动的方法使放电所产生的活性粒子输运到样品表面来达到处理目的，则带电粒子及一些寿命较短的活性粒子在到达样品前就可能已经消失了，从而大大降低了处理效果。为了克服上述缺点，近年来研究者研制出了大气压非平衡等离子体射流（N-APPJ).由于大气压非平衡等离子体射流能够在开放的空间、而不是在间隙内产生大气压非平衡等离子体，这就使得许多应用的实现成为可能。正是由于N-APPJ的这个显著优点，近年来在国际上掀起了N-APPJ的热潮。为了满足各种特定应用的需要，人们研制出了多种多样的N-APPJ。在射流的研究中取得了诸多突破，射流的长度从几ｍｍ到十几ｃｍ，射流的气体温度从几百°Ｃ到常温，工作气体从以惰性气体为主到完全用周围空气。

推动N-APPJ研究热潮的非常重要的原因之一是等离子体医学的发展。等离子体医学是近几年发展起来的一门新兴的交叉学科。等离子体医学的发展与 N-APPJ的发展几乎是同步的。特别是近几年来，研究者希望将大气压非平衡等离子体用于人体和动物的临床应用，这就迫切需要研制出适合于各种具体应用的装置。因为不可能将人体或动物放置到一个放电间隙里，当 N-APPJ与人体相接触时，必须保证人体的绝对安全。也就是说此时不仅要求N-APPJ的气体温度基本保持在常温，而且要求该等离子体不会对人体造成任何电伤害。幸运的是，通过研究者的不懈努力，人们研制出了多种可用于人体或动物进行直接处理的N-APPJ。

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