大气压辉光放电激发态氧原子产生机制的研究

大气压辉光放电产生的氧原子在等离子消毒杀菌方面所表现出的优势，近年来引起人们的广泛关注。激发态氧原子在777nm的辐射是一种监测氧原子产量的方便措施，而目前人们只是对777nm辐射对应激发态的O(3p5P)的可能产生途径进行了归纳，而尚未确定O(3p5P)的主要产生机制和777nm辐射强度随O2含量改变而复杂变化的原因。考虑到电子在产生O(3p5P)中的重要作用以及O2对电子的吸附作用，我们计划实验测量O2含量改变条件下电子密度及777nm辐射的时空分布，结合一维流体模型筛选与产生激发态氧原子O(3p5P)的相关反应，在仿真中获得与实验相一致的777nm的辐射分布，明确O(3p5P)产生机制及其产量随O2含量变化的原因，并通过对基态O产量和O(3p5P)产量的关系分析来确定O2的最佳含量。进一步开发出考虑He+N2+O2相互作用的仿真模型，从而深入分析大气压辉光放电的复杂物理化学过程。

由于大气压非平衡等离子体（APNP）中氧原子（O）的含量通常比臭氧和羟基含量高1-2个数量级，APNP研究领域普遍采用提高O产量的方式实现增强APNP氧化性的目的。目前该研究领域普遍通过测量777nm的辐射强度来监测氧原子产量，尚未确定777nm辐射对应激发态O(3p5P)的主要产生机制，所以仍无法解释777nm辐射强度随O2含量改变而复杂变化的原因。本项目通过ns带通滤波摄像获得APNP中777nm辐射的时空分布，采用一维流体模型仿真实现与实验一致的777nm辐射分布，从而从仿真模型中的284个反应筛选出He*和He2*通过分解激发O2产生O(3p5P) 为生成O(3p5P) 的主要机制，同时电子的空间分布表明其参与的分解激发O2产生O(3p5P)并不是其主要的生成机制。在此基础上分析O(3p5P)产量随O2含量变化的原因，并通过分析基态O产量和O(3p5P)产量的关系来确定O2的最佳添加比。结合等离子体射流处理具有复杂三维结构目标物的优势，通过二维等离子体射流模型和实验测量结果的比较确定He*和He2*分解激发O2仍为等离子体射流在开放空间中产生O(3p5P)的主要机制。研制高效等离子体射流源，并对等离子体活性成分促进伤口愈合过程进行理论模拟研究。.研究成果已发表SCI论文7 篇，在国际应用物理核心期刊Applied Physics Letters（影响因子3.844）上发表文章2篇，所有文章累计影响因子19.846。参与放电等离子体应用与测量英文专著《Low Temperature Plasma Technology: Methods and Applications》编写,负责撰写其中等离子体概述和等离子体化学章节的内容。申请一项发明专利（201310141895.6）。参加第四届国际等离子体应用技术会议（IPAC2011）作“等离子体发射光谱的仿真与实验研究”的特邀报告，参加第39届国际等离子体科学大会（ICOPS2012）作“脉冲等离子体射流推进机理”的专题报告；参加由自然基金委和中国力学学会等离子体科学与技术专业委员会举办的首届“全国低温等离子体数值模拟培训班”（2012），“全国低温等离子体实验测量培训班”（2013），主讲“大气压等离子体流体动力学模拟”和“大气压等离子体微纳秒成像诊断”课程。