大氣壓放電等離子體既有與低氣壓放電等離子體一些相同的特性,如它們均屬于部分電離氣體、體系中的化學活性基團(電子、離子、激發態中性粒子、自由基等)是其應用的主要物種、電磁場對其有明顯的作用效果,以及鞘層對其放電穩定性、能量傳遞機制等有重要影響;而另一方面,大氣壓放電等離子體由于是在開放大氣環境且有氣體流動的條件下產生,等離子體中粒子的平均自由程通常較放電的特征尺度要小得多。因此,從基礎研究的角度來看,大氣壓放電等離子體呈現出如下新的特點:
1)傳熱、流動、傳質過程與電磁場強烈耦合,流動邊界層、熱邊界層、電邊界層(即鞘層)、甚至包括化學反應邊界層相互耦合,并對放電模式、穩定性等產生明顯的影響;也就是說,在大氣壓放電等離子體體系中,除了在低氣壓放電等離子體領域所研究的等離子體物理學問題,如電極過程、化學反應動力學過程外,還涉及了傳熱傳質學、流體力學、化學和電動力學等多個學科領域的研究內容。
2)放電的局部效應更加顯著,而非低氣壓條件下的集體效應。
3)表現出強碰撞等離子體的特點,這將對等離子體中電子和重粒子兩子體系間的能量傳遞機制產生顯著的影響。
從應用的角度來看,由于等離子體在大氣壓開放環境條件下產生和應用,因此,一方面,等離子體自身的產生和維持系統變得簡單、設備的制造和維護成本大大降低,等離子體源具有更好的移動性,材料處理工藝過程易于實現自動化,操作方便、效率高;冷等離子體在其參數空間上與生命體的生存空間參數一致,極大地拓展了其在生物醫學及其他相關領域(如消毒滅菌、生化洗消、病媒生物控制等)的應用。
大氣壓放電等離子體基本特征及其典型的應用領域?梢钥吹,真空系統的移除使得大氣壓放電等離子體,特別是冷等離子體的應用領域得到了極大的拓展,比如等離子體生物醫學、流動控制、輔助燃燒、環境保護及戰地生化洗消等應用都是在低氣壓密閉環境中所無法完成的。
另一方面,在大氣壓條件下整個等離子體材料處理體系變得較低氣壓條件下的情形更加復雜,這主要表現在:1)等離子體與環境空氣的作用過程更加復雜,對等離子體成分時空演化的調控變得十分必要,同時也變得更加復雜和困難。2)能量傳遞通道及機制更加復雜,我們可以通過對等離子體體系中能量注入、傳遞及損失路徑的控制為其應用提供具有不同氣體溫度的、種類豐富。3)放電產生和維持的機制更加復雜,在等離子體關鍵參數調控靈活性增加的同時,其特性調控的難度也顯著增加。
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