大气压冷等离子体射流双频增强与调制的实现方法和作用机理研究

The cold plasma jet generated in atmospheric pressure discharges has been identified as a unique and promising technology for a number of important industrial and medical applications, such as processing and modification of materials, cleaning and disinfection of instruments, structure or function resumption of biological tissues, and gene mutation breeding of microbes etc. The modulation technology with dual-frequency can effectively enhance plasma properties of atmospheric pressure cold plasma jets (i.e. electron density, reactive chemical species density, jet length, gas temperature), and provide a possible approach to control the basic plasma parameters separately. We thus propose to further study the modulation strategy and mechanism of atmospheric pressure cold plasma jets driven by duel-frequency excitations. Firstly, the effective methods to apply dual-frequency excitations will be studied and selected. On the basis, the interaction between the influences of the two frequency excitations will be investigated by means of the electrical and spectroscopic diagnosis. And the basic strategy for the modulation method will be acquired. The proposed project is very important for the deep understanding of the duel-frequency modulated atmospheric pressure cold plasma jets as well as the promotion of the associated applications.

大气压冷等离子体射流在材料加工与改性、器械表面消洗、生物组织结构与功能恢复、微生物诱变育种等领域都表现出了独特的技术优势和良好的应用前景。双频增强与调制技术为大气压冷等离子体射流源提供了更多的控制与优化关键等离子体参数（如电子密度、活性物种浓度、射流作用范围、气体温度等）的手段，特别是为其参数独立控制提供了可能，是一种正处于探索发展中的创新性技术。本项目拟对大气压冷等离子体射流双频增强与调制的功率源施加方法和双频作用机理开展深入、系统的研究。通过系统地考察双频施加方式归纳总结施加双频功率源的基本原则；通过全面的诊断工作了解不同双频施加方式下大气压冷等离子体射流的产生及演化过程，获得双频增强与调制技术对重要等离子体参数的影响规律；进而总结大气压冷等离子体射流双频增强与调制的一般实现方法，为进一步研究及应用奠定基础。

大气压冷等离子体射流在材料加工与改性、器械表面清洗、生物组织结构与功能恢复、微生物诱变育种等领域都表现出了独特的技术优势和良好的应用前景。双频增强与调制技术为大气压冷等离子体射流源提供了更多的控制与优化关键等离子体参数的手段，特别是为其参数独立提供了可能，是一种正处于探索发展中的创新性技术。.本项目通过数值仿真与实验研究相结合的方法，围绕课题研究目标，对双频增强与调制下的等离子体产生及演化过程、双频匹配及双频施加方式对等离子体重要参数的影响进行了深入研究，归纳总结了施加双频功率源的基本原则，获得双频增强与调制技术对重要等离子体参数的影响规律，进而总结大气压冷等离子体射流双频增强与调制的一般实现方法，为进一步研究及应用奠定基础。在理论研究方面，本项目采用一维流体力学模型，对产生大气压等离子体射流上游放电区的基本物理模型进行了数值仿真，计算了在双频条件下放电等离子体重要参数（等离子体密度、气体温度等）随时间和空间的演化，同时从电子的碰撞电离及功率吸收入手，解析了双频协同作用机制，并研究了双频匹配方式对电子密度的调制特性；在实验方面，本项目在前期研究基础上，进一步完善了双频/针-环-板三电极射流源结构，对电极、功率源的不同施加方式进行了详细的筛选和系统研究，同时对下游射流区的重要参数（电学参量、光学参量）进行了诊断，进而归纳总结了双频匹配方式、双频电源施加方式对等离子体射流的影响规律，并提出有效的控制手段。项目开展过程中，在国际学术期刊及国内核心期刊上发表相关论文5篇，其中SCI收录4篇，中文核心1篇（邀请综述），会议论文及报告5篇，申请发明专利1项（已授权）；培养博士研究生2人（1人在读，博士课题围绕本项目开展；1人博士期间参与该工作，现已毕业），硕士研究生2人（1人已毕业），与项目申请预期成果相符。