Ionization by bulk heating of electrons in capacitive radio frequency atmospheric pressure microplasmas
采用Particle in Cell模拟和半解析模型研究了氦气中大气压下电容耦合射频微等离子体的电子加热和电离动力学。在RF周期内的不同时间观察到由于高体积电场导致的等离子体体积中的电子和电离的强烈加热。基于该模型，确定了该电场是由大气压下高电子-中性粒子碰撞频率导致的低电导率引起的漂移场。因此，在这种“Ω模式”中，电离主要由欧姆加热引起。驱动电压幅值影响最强体电场和电离的相位。在高振幅下，等离子体密度高，使得鞘层阻抗与体电阻相当。因此，电压和电流约为45 °异相，在鞘膨胀期间观察到最大电离，在鞘边缘处具有局部最大值。在低驱动电压下，等离子体密度低并且放电变得更具电阻性，导致约4 °的较小相移。因此，最大电离发生在RF周期内的后期，在放电中心具有最大值。显着的类比电负性低压宏观放电中的漂移双极模式下工作，其中类似的机制引起的高电负性，而不是高碰撞频率已被确定。
2013-05-31 physics.plasm-ph
The mystery of O and O3 production in the effluent of a He/O2 atmospheric pressure microplasma jet
微等离子体射流通常用于在环境空气气氛中处理样品。将空气混入流出物的效果可能严重影响新出现的物种的组成。在这里，He/O2微等离子体射流的流出物已被分析在氦气和空气气氛中的分子束质谱。首先，空气中的流出物的组成已被记录为距离的函数，以确定空气混合到流出物中的速度。然后，原子氧和臭氧在流出物中的空间分布已被记录在环境空气中，并在氦气气氛中的测量进行比较。此外，气体流动的流体模型与反应动力学的活性氧物种的流出物已被构建。在环境空气中，O密度随距离的下降仅略快于氦气氛。相反，与氦气气氛相比，环境空气中的O3密度随着距离的增加显著更快。这种神秘的行为可能对等离子体医学中类似射流的使用有很大的影响。结果表明，O2和O3的光解是不负责所观察到的效果。一个反应计划，涉及等离子体产生的高度振动激发O2与基态O2分子的反应提出了作为一个可能的解释所观察到的密度。一个非常好的协议之间的测量和模拟密度实现。
2011-12-06 physics.plasm-ph
Understanding Microplasmas
微等离子体在大气压下工作，表现出明显的非平衡特性，即它们拥有高能电子，而离子和中性粒子保持低温。由于其巨大的应用潜力，例如在生物医学，表面改性和光源领域，仅举几例，它们已经获得了极大的兴趣。许多不同的配置正在使用中。要在应用方面取得进一步进展，就必须了解这些因素并将其量化。我们报告的最新进展，在诊断和模拟的整个微等离子体系统从气体引入，通过等离子体放电的样品在一个等离子体射流在He/O2在周围空气环境中操作的例子。
2011-07-07 physics.plasm-ph
Reproducibility of `COST Reference Microplasma Jets'
大气压等离子体对于等离子体科学和技术来说是突破性的，这是由于它们在许多领域（包括医学、生物学和环境应用）中的显著应用潜力。这主要是由于它们在环境条件下有效地生产和输送化学反应性物质。推进该领域的挑战之一是比较社区和文献中的血浆来源和结果。为了解决这一问题，在“大气压等离子体的生物医学应用”欧盟COST行动MP1101期间建立了参考等离子体源。参考源的可再现性至关重要。在这里，我们通过检查各种特性，包括：绝对原子氧密度，绝对臭氧密度，电气特性，光学发射光谱，温度测量和杀菌活性，提出了多个来源的再现性和方差。测量结果表明，测试的COST射流在每次测量的标准偏差内是可再现的。
2020-06-28 physics.plasm-ph
Characteristics of a novel nanosecond DBD microplasma reactor for flow applications
提出了一种新型的纳秒高压脉冲驱动介质阻挡放电微等离子体流动反应器。我们的DBD为基础的几何形状可以产生一个非热等离子体放电在大气压和以下的规则图案的微通道。该反应器可以在空气中连续工作长达约100分钟，这取决于脉冲重复率和操作压力。我们在这里介绍的几何形状和反应器的主要特点。脉冲能量为1.9 $μ$ J和2.7 $μ$ J每个通道在大气压和50毫巴，分别已确定由时间分辨测量的电流和电压。时间分辨的光发射光谱测量已被执行，以计算相对物种的浓度和温度（振动和旋转）的放电。研究了工作压力和流速对放电强度的影响。此外，还从不同工作气压下氮分子电子振动发射带强度比得到了有效约化电场强度E/N。当压力从1bar降低到0.4bar时，导出的有效E/N从500 Td逐渐增加到600 Td。低于0.4巴，进一步的压力降低导致有效E/N显著增加，在50毫巴下高达约2000 Td。
2017-09-08 physics.plasm-ph
Cold atmospheric microplasma jet-water interactions: physicochemical analysis and growth effects in flowering plants
Delhi Public School Kalyanpur（德里公立学校卡利安普尔分校）；Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
本研究利用氦-空气微等离子体射流制备等离子体活化水（PAW），分析其理化特性并优化制备条件，实验证实PAW可显著提升菊花幼苗株高与土壤肥力，为开花植物的可持续生长促进提供了新途径。
2025-10-24 physics.plasm-ph
Ultrafast ps--TALIF and streak camera diagnostics of atomic hydrogen in a helium microplasma jet
本研究结合ps--TALIF与条纹相机诊断技术，实现了对大气压氦微等离子体射流中原子氢有效寿命和绝对密度的高时间分辨率测量，揭示了其与空气卷吸的强相关性及不同氦流量下的空间分布规律。
2025-07-15 physics.plasm-ph
The role of oxygen and surface reactions in the deposition of silicon oxide like films from HMDSO at atmospheric pressure
本文研究了用六甲基二硅氧烷（HMDSO）和氧气混合气体的大气压微等离子体射流沉积SiO $_x$ C $_y$ H $_z$或SiO $_x$ H $_y$薄膜以及表面反应在薄膜生长中的作用。两种类型的微等离子体射流，一个与平面电极和氦气中操作，另一个与同轴几何操作在氩气中，被用来研究沉积过程。膜的生长速率和膜中的碳含量被测量为平面射流中的O $_2$和HMDSO混合物的函数，并与HMDSO消耗的质谱测量进行比较。此外，本地化的性质的喷射基板相互作用被用来研究表面反应，通过施加两个射流在旋转基板上。向气体混合物中添加氧气增加HMDSO耗尽和生长速率，并导致无碳膜的沉积。表面反应负责从生长的膜中去除碳。此外，当用氩气操作的同轴射流用于表面处理时，甚至在不添加氧气的情况下也可以沉积无碳膜。我们假设，离子或激发物种（可吸收）可能是负责观察到的效果。
2011-09-22 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Space-resolved characterization of high frequency atmospheric-pressure plasma in nitrogen applying optical emission spectroscopy and numerical simulation
平均等离子体参数，如电子分布函数和电子密度确定的高频（2.4 GHz）的氮等离子体的特性，使用两种实验方法，即光发射光谱（OES）和显微摄影，和数值模拟。被认为是直接和逐步电子碰撞激发氮排放。本文讨论了用同样的方法测定氮分子的电子碰撞解离的空间分辨电子分布函数、电子密度、速率常数和氮原子的产生。利用CCD摄像机对微等离子体中的中性氮分子和氮分子离子的强度空间分布进行了成像。CCD图像使用由绝对校准的OES测量的相应发射进行校准，然后进行逆Abel变换以确定空间分辨强度和其他参数。空间分辨的参数进行了比较，分别与平均参数，并建立它们之间的协议。
2011-09-26 physics.plasm-ph
Self-pulsing of a micro thin cathode discharge
在大气压下工作的微等离子体显示出许多奇特的动力学现象。这些现象之一是自脉冲，其特征在于DC驱动的等离子体放电的固有脉冲行为。本文对大气压氩气中微小薄阴极放电的自脉冲进行了数值模拟。通过一个混合等离子体模型，我们显示在预期的MHz频率范围内的放电的自脉冲，并描述其实际起源。
2011-09-21 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Dynamics of reactive oxygen species produced by the COST microplasma jet
本研究测量COST氦氧大气压等离子体射流中的O₂(a¹Δ_g)与O₂(b¹Σ_g⁺)密度，并结合流动池实验及伪一维、二维模拟验证反应动力学与模型化学。
2025-05-15 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Integrated micro-plasmas in silicon operating in helium
微等离子体阵列在氦气中工作在直流制度已经产生在硅微反应器。阴极边界层（CBL）型微器件的制作使用洁净室设施和半导体加工技术。研究了具有50或100 m直径空腔的微放电阵列的点火。两种不同的结构（各向同性蚀刻或各向异性蚀刻腔）和各种条件（两种不同的电压极性、压力等）。考察100个直径为50 m的微放电可以在1000 ℃下并行点燃。在大电流下，样品边缘出现寄生火花和瞬态火花。当极化反转时（阴极侧对应于打开的电极），需要更多的电流来点燃所有的微放电。操作后，在阳极侧上的孔周围获得热影响区。
2016-04-29 physics.ins-det physics.plasm-ph
Electron power absorption in micro atmospheric pressure plasma jets driven by tailored voltage waveforms in He/N$_2$
在大气压电容耦合微等离子体射流中，电压波形剪裁（VWT）被证明可以提供对电子能量分布函数（EEDF）的最终控制，其允许通过控制电子功率吸收动力学来增强和调节所选中性物种的产生。然而，在基本层面上，VWT的这些影响的物理起源仍然不清楚。因此，在这项工作中，电子功率吸收动力学的研究在He/N $_2$射流与氮浓度为0.05\%驱动的谷波形在基频为13.56 MHz的不同数量的谐波使用自洽的粒子在细胞模拟耦合的时空分辨分析的电子功率吸收的动量平衡方程的基础上。由于在大气压下的传输的局部性质，欧姆功率吸收占主导地位。增加谐波的数量，由于激励波形的特殊形状，接地电极处的鞘层塌陷相对于通电电极处的鞘层塌陷缩短。因此，为了确保该电极处的电子和正离子的通量补偿，在该短鞘层塌陷时驱动高电流通过放电。该电流由高欧姆电场驱动。在靠近接地电极处，电子密度低，电场高，电子被加速到高能量，观察到强电离以及局部电子密度最大值的形成。该电子密度最大值导致局部双极电场，其充当电场反转并将电子加速到甚至更高的能量。详细了解这些效应，从根本上解释VWT在等离子体中用于EEDF控制的独特潜力。
2021-06-06 physics.plasm-ph
Influence of pulse modulation frequency on helium RF atmospheric pressure plasma jet characteristics
研究了脉冲调制频率在50 Hz- 10 kHz范围内对大气压氦射频等离子体射流基本特性的影响。调制频率对等离子体射流放电行为，几何变化，活性物质的排放，和等离子体参数（气体温度Tg，电子激发温度Texc，和电子密度（ne）的影响进行了研究，使用各种诊断，如光学成像，发射光谱，热诊断。从实验中观察到，在低脉冲调制频率（约50 Hz）下操作等离子体射流提供了增强的等离子体尺寸、更高的电子密度和来自反应性物质的更大的光发射（即，He I、O、OH、N2+等）与较高的调制频率相比。除了低功耗外，调制等离子体射流的气体温度比连续波模式低三倍，使其更有利于应用。此外，还讨论了占空比（D）和外加射频功率（P）对等离子体射流特性的影响。据发现，10- 40%占空比操作提供了最有利的属性。更重要的是，RF等离子体射流中较短的等离子体长度的问题通过在10- 20%的占空比下以增加的施加功率操作而克服。这项工作彻底表征氦大气压射频等离子体射流与广泛的脉冲模式操作参数，这可以帮助选择适当的操作条件，为各种工业和生物医学应用。
2022-12-26 physics.plasm-ph
Synergistic control of radical generation in a radio frequency atmospheric pressure plasma jet via voltage waveform tailoring and structured electrodes
本研究通过结合电压波形调控与带沟槽的结构化电极，利用模拟和光学诊断证实二者的协同作用可实现射频大气压等离子体射流中电子功率吸收与自由基产生的空间局域化及可逆选择性增强。
2025-06-11 physics.app-ph physics.plasm-ph
Numerical simulations of a RF-RF hybrid plasma torch with argon at atmospheric pressure
Light Technology Institute, Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院光技术研究所）
该研究通过数值模拟分析了大气压下氩气中RF-RF混合等离子火炬在不同频率和距离条件下的热力学行为及能量传输特性。
2026-01-16 physics.plasm-ph
Measurements of power dissipated in an atmospheric pressure plasma jet device with double plasma discharge ignition
本文通过分离一次放电与射流耗散功率的测量方法，研究双放电点火大气压等离子体射流装置的电学特性，发现一次放电功率变化远小于射流功率，且负半周负载更具电阻性，表明等效电路模型随电压极性改变。
2025-01-06 physics.plasm-ph
Atomic oxygen densities in He/O$_2$ micro-scaled atmospheric pressure plasma jets: a systematic model validation study
本研究针对He/O₂微型大气压等离子体射流中的原子氧密度，采用耦合玻尔兹曼求解器的零维等离子体化学活塞流模型，结合多组实验数据开展系统性验证，证实主要反应通道的合理纳入对模型预测精度至关重要。
2025-05-21 physics.plasm-ph
Experimental study of atmospheric pressure single-pulse nanosecond discharge in pin-to-pin configuration
在这项工作中，我们提出了一个纳秒高压放电的实验研究在一个引脚到引脚电极配置在大气条件下工作在单脉冲模式（无记忆效应）。测量了各种放电参数，包括电压、电流、气体密度、旋转/振动/气体温度和电子数密度。几种不同的测量技术，包括微波瑞利散射，激光瑞利散射，光学发射光谱增强纳秒探测脉冲，快速摄影，和电气参数测量。火花和电晕放电制度进行了研究，放电脉冲持续时间为90 ns和电极间隙尺寸范围从2到10 mm。火花制度观察间隙< 6 mm，使用放电脉冲能量为0.6-1 mJ/mm的间隙长度。在较小的电极间隙和较大的脉冲能量下，观察到较高的电子数密度、每间隙长度的总电子数、放电电流和气体温度，达到约7.5x10^15 cm-3、3.5x10^11电子/mm、22 A和4，000 K的最大值（在放电后10 μ s），分别用于2 mm间隙和1 mJ/mm放电脉冲能量。初始击穿之后是发生在约30-70 ns后的二次击穿，并且与阴极点的点燃和放电到阴极电弧的过渡相关联。大部分放电脉冲能量在二次击穿之前沉积到气体中（85-89%）。纳秒放电脉冲后的电子数密度衰减的特征时间尺度为150 ns的解离复合和电子附着到氧的机制。对于电晕区，观察到的脉冲能量（~0.1 mJ/mm）、峰值传导电流（1-2 A）和电子数（3-5x10^10个电子/mm）以及气体温度（360 K）显著降低。
2021-06-18 physics.plasm-ph
Kinetic Modeling Analysis of Ar Addition to Atmospheric Pressure N2-H2 Plasma for Plasma-Assisted Catalytic Synthesis of NH3
本文通过零维动力学建模研究大气压Ar-N2-H2非热等离子体，发现Ar稀释增强NH3生成主要由Eley-Rideal表面反应主导，激发态Ar原子贡献28%的N自由基生成，为等离子体辅助催化合成氨机制提供了新见解。
2023-10-05 physics.plasm-ph
Impact of non-equilibrium radiation in a high-enthalpy inductively coupled plasma wind tunnel
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；University of Central Florida（中佛罗里达大学）；University of California Irvine（加州大学尔湾分校）
通过耦合磁流体动力学与光谱辐射传输的框架，系统研究了350 kW Plasmatron X设施中氮气和空气等离子体的辐射冷却效应，揭示了辐射损失随压力的强依赖性，并量化了其对核心温度的影响。
2026-05-24 physics.plasm-ph
An Energy-Efficient Atmospheric Plasma Jet Line Enabled by a Dielectric Microwave Anapole Source
该研究利用介质微波阿纳波尔源实现高能效2厘米线状大气压等离子体射流，以1瓦功率产生均匀电场，支持大面积表面处理，具备高电子密度和低工作温度优势。
2025-03-25 physics.app-ph physics.plasm-ph
A low cost, flexible atmospheric pressure plasma jet device with good antimicrobial efficiency
本研究遵循DINSpec标准开发并表征了一种低成本、灵活且安全的大气压等离子体射流（APPJ）装置，其显著贡献在于该装置在仅几百Hz的低运行频率下仍展现出良好的抗菌效能。
2024-01-05 physics.med-ph physics.plasm-ph
Atmospheric pressure plasma jets applied to cancerology: correlating electrical configurations with in vivo toxicity and therapeutic efficiency
比较了两种大气压等离子体射流装置-等离子体枪和等离子体特斯拉射流-的安全性和治疗效率，以减少胆管癌的肿瘤体积进展，即胆管树中出现的罕见且非常侵袭性的癌症。为此，进行了三个步骤的方法。首先，这两个APPJ已经在与材料目标相互作用时的电气和物理化学特性方面进行了基准测试：电介质板，液体样品，金属板和人体等效电路。讨论了电离波与这些靶相互作用的传播特性，特别是有关的脉冲大气等离子体流的轮廓。在第二步中，进行皮肤毒性调查，以便定义实验操作窗口，在该窗口中，血浆参数可以改变，而不会在小鼠暴露于血浆期间损伤小鼠的健康皮肤，并且不会引起任何电气危害（灼伤、心室纤颤）。确定了最佳条件，排除了组织学可能证明存在轻微变化的条件（例如角质形成细胞坏死前的情况，胶原结构的变化）。因此，对于两个APPJ等离子体参数，这些条件如下：占空比= 14%，重复频率=30 kHz，幅度=7 kV，间隙=10 mm，暴露时间=1 min。在第三步中，将两个等离子体射流用于在免疫缺陷小鼠中开发的胆管癌异种移植肿瘤模型。这两种器械是安全的，并且使用等离子体特斯拉证明了显著的治疗效率。总之，我们已经开发出一种安全的冷大气等离子体装置，在胆管癌的临床前模型中具有抗肿瘤特性，为新的抗癌治疗机会开辟了道路。
2019-11-24 physics.app-ph physics.med-ph physics.plasm-ph
Machine learning assisted optical diagnostics on a cylindrical atmospheric pressure surface dielectric barrier discharge
本研究将机器学习算法与光学诊断结合，准确预测圆柱形表面介质阻挡放电的运行条件并评估发射均匀性，为等离子体应用的实时控制与优化开辟新途径。
2024-04-22 physics.data-an physics.plasm-ph
