丙烯酸在正弦/脉冲DBD等离子体炬阵列中的聚合机制研究

大气压室温等离子体炬在杀菌、材料表面改性、生物材料制备等方面具有广阔的应用前景。但是在理论和应用方面，仍存在着等离子体炬面积较小、反应粒子较难诊断、放电及聚合机制不清楚等问题。针对这一现状，我们使用液体外电极将等离子体炬组成大面积4×4阵列，并通过特殊设计在装置上实现了材料预处理和聚合改性的同步性。本项目拟利用高分辨光谱仪、ICCD高速摄像机、罗氏电流感应器、在线原位气相红外光谱仪，XPS等仪器分析在中频正弦波和脉冲高压电源驱动下产生惰性气体等离子体炬的时空动力学特性；研究活性化学单体丙烯酸对炬阵列放电特性（气体温度、电子密度，利萨曲线，'子弹头'速度变化等）的影响；以蚕丝为基体，找到等离子体炬放电条件与聚合物结构、表面功能基团密度和聚合物稳定性之间的关系。在此基础上，探讨等离子体炬阵列在正弦/脉冲放电模式下的聚合机制，为等离子体物理和化学的发展、应用提供理论和实验基础。

大气压室温等离子体炬(APPJ)在杀菌、材料表面改性、生物材料制备等方面具有广阔的应用前景。但是在理论和应用方面，仍存在着等离子体炬面积较小、反应粒子较难诊断、放电及聚合机制不清楚等问题。针对这一现状，我们使用液体外电极将等离子体炬组成大面积APPJ 阵列，并通过特殊设计在装置上实现了材料预处理和聚合改性的同步性。本项目利用高压电压电流探针对APPJ在交流和脉冲放电模式下的电伏特性进行深入研究；用高分辨光谱仪对掺有丙烯酸和氧气的氩气和氦气APPJ的光谱活性粒子进行了诊断，发现了OH,O，C2，H等活性粒子的存在；用AFM, SEM,XPS等测试手段研究了氩气和氦气不同气体炬聚合物的表面元素分布及形貌变化，得到氦气聚合丙烯酸具有更高的羧基浓度及抗水特性，适合生物改性或材料局部表面改性；利用氩气和氦气APPJ对蚕丝蛋白，PET纤维及有机管内表面聚合改性，改性后的蚕丝蛋白可以固化更高浓度的抗菌肽， 改性后PET可以用活性染料改色，PVC管内表面聚合丙烯酸后可以生长更高浓度的细胞有可能在人造血管中得到应用。. APPJ聚合机制是我们这个课题的研究重点，在本课题中我们将聚合气体通入一定量纯净水中，结束聚合反应中链长反应，利用高精度HPLC-MS对中间体进行分析，发现聚合物中间体或聚合物分子量在70-793之间，聚合度为2-7。