Том 39, номер 04, статья № 13

Аннотация:

В настоящей работе исследуются динамика и пространственное распределение тлеющего разряда атмосферного давления в потоке аргона в режиме генерации плазмы, содержащей частицы металла. Разрядная система из двух симметричных танталовых электродов – тиглей со вставками из легкоплавкого металла (магния), функционировала при токе 100–600 мА и достаточно высоком напряжении горения от 150 до 200 В с расходом аргона 1–3 л/мин без перехода в режимы искрового или дугового разряда. Самоподдержание разряда в импульсном режиме обеспечивалось в результате послесвечения распадающейся плазмы во временном промежутке между импульсами тока. Показано, что независимо от режима электропитания (постоянный, однополярный или биполярный импульсный ток) наиболее интенсивное излучение атомов металла наблюдалось вблизи катода тлеющего разряда. Результаты работы представляют интерес для исследователей, занятых вопросами генерации потоков аэрозолей, синтеза наноструктурированных материалов и применения газового разряда для генерации оптического излучения.

Ключевые слова:

разряд атмосферного давления, газоразрядная плазма, атомы металлов, ионы металлов, оптическая спектроскопия, наночастица

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Kogelschatz U. Dielectric-barrier discharges: Their history, discharge physics, and industrial applications // Plasma Chem. Plasma Process. 2003. V. 23. P. 1–46. DOI: 10.1023/A:1022470901385.
2. Reuter S., von Woedtke T., Weltmann K.-D. The kINPen – a review on physics and chemistry of the atmospheric pressure plasma jet and its applications // J. Phys. D: Appl. Phys. 2018. V. 51, N 23. P. 233001. DOI: 10.1088/1361-6463/aab3ad.
3. Fridman A., Nester S., Kennedy L.A., Saveliev A., Mutaf-Yardimci O. Gliding arc gas discharge // Progress Energy Combust. Sci. 1999. V. 25, N 2. P. 211–231. DOI: 10.1016/S0360-1285(98)00021-5.
4. Rahmani A., Aubert X., Fagnon N., Nikravech M. Liquid oxygenated hydrocarbons produced during reforming of CH₄ and CO₂ in a surface dielectric barrier discharge: Effects of steam on conversion and products distribution // J. Appl. Phys. 2021. V. 129, N 19. Art. no. 193304. DOI: 10.1063/5.0039051.
5. Troia M., Dobslaw D., Dobslaw C., Haag M., Delfs P., Holste P., Salem D.B., Glocker B., Gries Y., Schulz A., Walker M. Characterization and optimization of an atmospheric plasma deposition system for in-line glass fibers treatment // Surf. Coatings Technol. 2025. V. 513. P. 132481. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2025.132481.
6. Domonkos M., Tichá P. Low-temperature atmospheric pressure plasma treatment in the polymer and textile industry // IEEE Trans. Plasma Sci. 2023. V. 51, N 7. P. 1671–1681. DOI: 10.1109/TPS.2023.3235266.
7. Freund E., Miebach L., Clemen R., Schmidt M., Heidecke A., von Woedtke T., Weltmann K.-D., Kersting S., Bekeschus S. Large volume spark discharge and plasma jet-technology for generating plasma-oxidized saline targeting colon cancer in vitro and in vivo // J. Appl. Phys. 2021. V. 129, N 19. DOI: 10.1063/5.0033406.
8. Сорокин Д.А., Белоплотов Д.В., Петренко Т.В., Рябов А.Ю., Соснин Э.А., Кудряшов С.В. Разложение метилэтилкетона в водном растворе при воздействии плазмы высоковольтного наносекундного разряда // Успехи прикладной физики. 2024. Т. 1, № 5. С. 408–419. DOI: 10.51368/2307-4469-2024-12-5-408-419.
9. Белоплотов Д.В., Бойченко А.М., Тарасенко В.Ф. Разряды с «четочной» структурой, формируемой при импульсном пробое воздуха и азота // Физика плазмы. 2019. Т. 45, № 4. С. 369–379. DOI: 10.1134/S0367292135030019.
10. Козырев А.В., Кожевников В.Ю., Костыря И.Д., Рыбка Д.В., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. Излучение диффузного коронного разряда в воздухе атмосферного давления // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 11. С. 1009–1017; Kozyrev A.V., Kozhevnikov V.Yu., Kostyrya I.D., Rybka D.V., Tarasenko V.F., Schitz D.V. Radiation from a diffuse corona discharge in atmospheric-pressure air // Atmos. Ocean. Opt. 2012. V. 25, N 2. P. 176–184.
11. Рыбка Д.В., Андроников И.В., Евтушенко Г.С., Козырев А.В., Кожевников В.Ю., Костыря И.Д., Тарасенко В.Ф., Тригуб М.В., Шутько Ю.В. Коронный разряд в воздухе атмосферного давления при модулированном импульсе напряжения длительностью 10 мс // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 1. С. 85–90; Rybka D.V., Andronikov I.V., Evtushenko G.S., Kozyrev A.V., Kozhevnikov V.Yu., Kostyrya I.D., Tarasenko V.F., Trigub M.V., Shut’ko Yu.V. Corona discharge in atmospheric pressure air under a modulated voltage pulse of 10 ms // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 5. P. 449–454.
12. Соснин Э.А., Бабаева Н.Ю., Кожевников В.Ю., Козырев А.В., Найдис Г.В., Панарин В.А., Скакун В.С., Тарасенко В.Ф. Моделирование транзиентных световых явлений средней атмосферы Земли с помощью апокампического разряда // Успехи физ. наук. 2021. Т. 191, № 2. С. 199–219. DOI: 10.3367/UFNr.2020.03.038735.
13. Соснин Э.А., Кузнецов В.С., Панарин В.А., Скакун В.С., Тарасенко В.Ф., Ивлев Г.А., Козлов А.В. Формирование окислов азота в лабораторном разряде, имитирующем голубые струи // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 12. С. 958–961. DOI: 10.15372/AOO20201209
14. Bobzin K., Ernst F., Richardt K., Schlaefer T., Verpoort C., Flores G. Thermal spraying of cylinder bores with the plasma transferred wire arc process // Surf. Coat. Technol. 2008. V. 202, N 18. P. 4438–4443. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2008.04.023.
15. Pfeiffer T.V., Feng J., Schmidt-Ott A. New developments in spark production of nanoparticles // Adv. Powder Technol. 2014. V. 25, N 1. P. 56–70. DOI: 10.1016/j.apt.2013.12.005.
16. Hontañón E., Palomares J.M., Stein M., Guo X., Engeln R., Nirschl H., Kruis F.E. The transition from spark to arc discharge and its implications with respect to nanoparticle production // J. Nanoparticle Res. 2013. V. 15, N 1957. DOI: 10.1007/s11051-013-1957-y.
17. Liu W., Ma C., Zhao S., Chen X., Wang T., Zhao L., Li Z., Niu J., Zhu L., Chai M. Exploration to generate atmospheric pressure glow discharge plasma in air // Plasma Sci. Technol. 2018. V. 20, N 3. Art. no. 035401. DOI: 10.1088/2058-6272/aa9885.
18. He J., Wen X., Wu L., Chen H., Hu J., Hou X. Dielectric barrier discharge plasma for nanomaterials: Fabrication, modification and analytical applications // Trends Anal. Chem. 2022. V. 156, N 116715. DOI: 10.1016/j.trac.2022.116715.
19. Andrade F.J., Wetzel W.C., Chan G.C.-Y., Webb M.R., Gamez G., Ray S.J., Hieftje G.M. A new, versatile, direct-current helium atmospheric-pressure glow discharge // J. Anal. Atom. Spectr. 2006. V. 21, N 11. P. 1175–1184. DOI: 10.1039/b607544d.
20. Arkhipenko V.I., Kirillov A.A., Safronau Y.A., Simonchika L.V., Zgirouski S.M. Plasma non-equilibrium of the DC normal glow discharges in atmospheric pressure atomic and molecular gases // Eur. Phys. J. D. 2012. V. 66. DOI: 0.1140/epjd/e2012-30359-x.
21. Jiang W., Tang J., Wang Y., Zhao W., Duan Y. Characterization of argon direct-current glow discharge with a longitudinal electric field applied at ambient air // Sci. Rep. 2014. V. 4, N 6323. DOI: 10.1038/srep06323.
22. Sremački I., Gromov M., Leys C., Morent R., Snyders R., Nikiforov A. An atmospheric pressure non-self-sustained glow discharge in between metal/metal and metal/liquid electrodes // Plasma Process. Polym. 2020. V. 17. DOI: 10.1002/ppap.201900191.е1900191.
23. Staack D., Farouk B., Gutsol A., Fridman A. DC normal glow discharges in atmospheric pressure atomic and molecular gases // Plasma Sour. Sci. Technol. 2008. V. 17, N 025013. DOI: 10.1088/0963-0252/17/2/025013.
24. Pai D.Z., Lacoste D.A., Laux C.O. Transitions between corona, glow, and spark regimes of nanosecond repetitively pulsed discharges in air at atmospheric pressure // J. Appl. Phys. 2010. V. 107, N 9. DOI: 10.1063/1.3309758.
25. Белоплотов Д.В., Бугаев А.С., Гушенец В.И., Николаев А.Г., Никоненко А.В., Савкин К.П., Сорокин Д.А., Черкасов А.А., Шандриков М.В. Слаботочный разряд в потоке аргона при атмосферном давлении в условиях образования атомов металлов: электрические и оптические характеристики // Изв. вузов. Физ. 2022. Т. 65, № 11. С. 11–18. DOI: 10.17223/00213411/ 65/11/11.
26. Kangathara N., Sabari V., Saravanan L., Elangovan S. Synthesis. Characterization and comparison of pure zinc oxide and magnesium-doped zinc oxide nanoparticles and their application on ethanol sensing activities // J. Nanomaterials. 2022. V. 2022. DOI: 10.1155/2022/ 1769278.
27. Захаренко В.С., Дайбова Е.Б. Фотохимическая активность осажденного аэрозоля, полученного из кристалла минерала периклаза (MgO) в условиях окружающего воздуха // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 6. С. 516–520.
28. Минакова Т.С., Дайбова Е.Б., Савельева Л.А., Захаренко В.С. Взаимодействие фреона-22 с оксидами алюминия и магния // Защита металлов. 2008. Т. 44, № 2. С. 213–216.
29. Villarreal-Medina R., Murphy A.B., Méndez P.F., Ramírez-Argáez M.A. Heat transfer mechanisms in arcs of various gases at atmospheric pressure // Plasma Chem. Plasma Process. 2023. V. 43. P. 787–803. DOI: 10.1007/s11090-023-10328-9.
30. Němec T., Šonský J., Gruber J., Prado E., Kupčík J., Klementová M. Platinum and platinum oxide nanoparticles generated by unipolar spark discharge // J. Aerosol Sci. 2020. V. 141, N 105502. DOI: 10.1016/j. jaerosci.2019.105502.