国际低温等离子体研究进展（2023.12）

前菜：养眼美图

多重流注与火花

    下图为室温空气中（相对湿度50%，22°C）的脉冲电晕放电。顶部的高压电极是一把约7厘米长的不锈钢锯条，底部接地极是一个抛光的不锈钢板，电极间距约为2厘米。施加电压为10kHz、脉宽2us的正极性方波。当施加的电压超过30kV（示例中为37kV）时，偶尔会在看似随机的频率（0.1-3Hz）和位置出现火花。

作者：

Dr. Greg Fridman

AAPlasma LLC, USA

greg@aaplasma.com

百家观点

合作低温等离子体研究设施：从试点概念到颇具影响力的运营

（普林斯顿等离子体物理研究所  Yevgeny Raitses教授）

2019年，美国能源部在普林斯顿和Sandia国家实验室设立了两个低温等离子体合作研究设施（CRFs），即普林斯顿合作研究设施（PCRF）和Sandia等离子体研究设施（PRF）。其资源和专业知识均开放给外部用户，向用户提供免费的等离子体、等离子体-表面相互作用和纳米颗粒相关的先进诊断技术，以及用于各类等离子体模拟的先进计算机代码。经过四年运营，两个设施共收到310份提案，PCRF会优先考虑种子用户项目和高风险提案。截至目前，PCRF用户项目的总数已达88个，共有51篇借助该项目发表的论文。通过这种独特的方法，PCRF推动了科学事业的发展，激励学生追求科学研究。

主菜：行业新闻&知识盛宴

第二十六届欧洲电离气体原子和分子物理学会议（ESCAMPIG 2024）

第二十六届欧洲电离气体原子和分子物理学会议（ESCAMPIG 2024）将于2024年7月在捷克共和国布尔诺（Brno, Czech Republic）举行。

相关信息及最新更新参考：

https://escampig2024.physics.muni.cz/assets/pdf/Escampig_1st_Announcement.pdf

https://escampig2024.physics.muni.cz/

Contacts:

    Dr. Zdeněk Bonaventura, Chair of the Local Organizing Committee

    Dr. Tomáš Hoder, Co-Chair of the Local Organizing Committee

    escampig2024@physics.muni.cz

美国能源部（DOE）合作研究设施在线研讨会

2024年5月19日至24日，国际冶金涂层和薄膜会议（ICMCTF）在美国加利福尼亚州圣地亚哥举办，其中包括“等离子和气相沉积工艺”专题研讨会。会议专题如下：

“激光和等离子微纳加工技术”是该研讨会中的一个新专题，将讨论合成少原子催化剂、有机组织和光电子器件中的纳米结构界面的策略，如激光微纹理加工和等离子体辅助光刻技术。

摘要提交截止日期2024年2月22日。更多信息：https://icmctf2024.avs.org/symposium-pp/

Contact:

    Dr. Carles Corbella，George Washington University, USA

    ccorberoc@gwu.edu

第12届微等离子体国际研讨会

会议主题：

会议时间：3-7 June 2024

地点：Orléans (France)

摘要截止日期：February 25, 2024

会议网站：https://iwm12.sciencesconf.org/

在线低温等离子体 (OLTP) 系列研讨会

会议时间：Tuesdays at 10:00 am EDT or EST

更多信息：https://theory.pppl.gov/news/seminars.php?scid=17&n=oltp-seminar-series

IOPS在线研讨会

国际在线等离子体研讨会（IOPS）将继续为国际社会提供定期的机会，听取该领域领先研究人 员的意见。IOPS(以及过去研讨会的链接)相关信息可以在该链接查找：

http://www.apsgec.org/main/iops.php

联系方式：

甜点：进展一瞥

尘埃等离子体物理及应用：2023年展望

https://doi.org/10.1063/5.0168088

尘埃等离子体是电性准中性介质，除了电子、离子、中性气体、辐射、电场和/或磁场之外，还包含大小从几纳米到几微米的固体或液体颗粒。这些介质可以在许多自然环境中找到，也被广泛用于各种实验室设置和工业应用中。作为等离子体物理学的一个独立分支，尘埃等离子体物理学领域诞生于上世纪90年代初，是天体物理学和等离子体技术研究的交叉点。等离子体晶体的发现进一步推动了这一领域的发展，从而进行了一系列微重力实验，旨在利用强耦合复杂（尘埃）等离子体作为模型系统来研究凝聚态物理学中的通用现象。从功能性纳米粒子的合成到核聚变，从粒子传感和诊断到纳米污染控制，种种新型应用均与尘埃等离子体紧密联系，使得此领域引起了越发广泛的关注。

本篇展望性论文的目的是确定该领域有前途的新发展和研究方向，因此将全面考虑尘埃等离子体的各种形式：从经典的低压惰性气体尘埃放电到带有气溶胶的大气压等离子体，从稀薄的天体物理等离子体到核聚变设备中的致密等离子体，同时涵盖基础研究和实际应用方面。

上图为流经等离子体的常压氩气/高纯度二硫化钼喷射出的灰尘与用于污染控制研究的样品相互作用的情景（由荷兰埃因霍温技术大学CIMlabs的T. J. A. Staps、T. J. M. Donders和J. Beckers提供）

作者：Dr. Job Beckers

Eindhoven University of Technology, Eindhoven, the Netherlands

Sasha_laron@mail.ru

j.beckers@tue.nl

与水接触的脉冲和交流驱动放电中的类DBD和电解模式

https://doi.org/10.1088/1361-6463/ad1221

本研究探讨了施加交流及脉冲电压时，针-水电极结构下等离子体与水表面的相互作用（开放大气条件）。在脉冲放电中，观察到介质阻挡放电（DBD）模式和电解模式之间的明显区别。DBD模式出现在高压脉冲的上升和下降期间，表现为瞬态放电；而电解模式则在整个脉冲期间存在，表现为稳定放电。这两种模式的出现与所处理水的电导率随时间增加有关，其还会导致放电功率的迅速上升和气体温度的增加。交流电压下放电只表现为电解模式，并不会随着处理时间的延长而显著变化。

水的电导率是液相中NOx离子数量的良好指标。下图结果显示，水电导率仅是总耗散能量的函数，与放电驱动方式无关。此外，水电导率与气相中的总传递电荷呈强相关性。因此，总耗散能量可以作为比较不同实验室、不同研究组中涉及等离子体-水相互作用的不同实验装置的一种全局衡量标准。

作者：Dr. Ana Sobota

Eindhoven University of Technology, Eindhoven, the Netherlands

a.sobota@tue.nl

电子与NH3、NH2和NH碰撞的推荐截面

https://doi.org/10.1088/1361-6595/ad0d07

等离子体辅助的 NH3 合成和分解因其在可持续电子驱动固氮和氢载体重整中的潜力而日益受到关注。要进一步推动这些应用，准确描述电子诱导的化学反应至关重要。然而，对于电子与氨（NH3）及其自由基——氨基（NH2）和亚胺基（NH）的碰撞，目前还没有一套完整的低能截面数据。因此，我们使用从头计算R-矩阵方法确定了与NH3、NH2和NH的低能电子碰撞过程的理论截面。如下图所示，我们比较了我们的理论截面数据与实验数据及以往的推荐截面的差异。此外，我们还讨论了不同反应过程对解离的贡献。最后，文末提供了我们所推荐截面数据的常见Boltzmann求解器（如BOLSIG+、LoKI）使用格式。使用这套完整的电子碰撞截面数据集应该有助于更准确地描述和更好地了解等离子体辅助氨反应背后的等离子体反应动力学，包括：

        (i)   技术应用（等离子体辅助NH3合成、分解、氧化和燃烧）

        (ii)  星际物质的天体物理学研究（其中NH3是重要组分）

        (iii) 含NH3的行星大气层的研究

作者：Dr. Ramses Snoeckx

King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Saudi Arabia

ramses.snoeckx@kaust.edu.sa

六甲基二硅氧烷 (HMDSO) 在涉及复杂几何形状的低压等离子体中的聚合机制

https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.158824

低气压等离子体六甲基二硅氧烷（HMDSO）聚合，多用于沉积聚合物薄膜（PPF）。尽管已经进行了数十年的研究，但关于控制等离子体聚合物形成的反应机理仍存在一些问题，尤其是对于沉积在复杂三维几何结构（如空腔和凹槽）的情况。本研究重点关注两种结构，即空腔和凹槽，以探索在HMDSO等离子体中含或不含氧气时，成膜物质的扩散和表面反应活性的影响。对不同结构下沿穿透深度沉积的等离子聚合物的空间化学成分分析表明，成膜物种的粘附概率各不相同。此外，与某些认为离子诱导效应仅限于直接等离子体暴露的观点相反，我们的结果和其他蚀刻实验表明，高能粒子的影响可能会延伸到小孔下方。最后，我们发现在等离子体中引入 O2 可凸显结构内的表面氧化化学反应的重要性，并明确了二者相关性。

以HMDSO为单体的低压等离子体聚合机理示意图

作者：Dr. Paula Navascués   &   Dr. Dirk Hegemann

Laboratory for Advanced Fibers, Plasma & Coating Group; Empa, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology, St. Gallen, Switzerland

paula.denavascues@empa.ch

dirk.hegemann@empa.ch

非平衡冷等离子体用于空气消毒和生物灭活

https://doi.org/10.2174/2211550112666230718162643

通过施加幅值50 kV、脉宽100 ns，频率600 pps的脉冲，可利用纳秒流注电晕在双电极系统中产生非平衡冷等离子体（CNP）。CNP是杀灭空气中细菌和表面生物体的有效手段。研究发现，当 CNP 的比能量为 28 J∙l-1 时，可完全灭活浓度为 2.1∙104 KOE m-3 的金黄色葡萄球菌。酵母可作为生物体灭活效果的指示剂，使用CNP杀灭酵母的实验结果确定了CNP的长寿命和短寿命活性成分（LLAC和SLAC）的作用：根据在 LLAC 和 SLAC 作用下破坏酵母的定量数据，后者的灭活效果要高出一个数量级。

功率为 0.6 kW、流速为 70 cm3/h 的封闭房间内细菌净化程度与 CNP 运行时间的关系

酵母菌灭活率与在CNP中所暴露时间的关系

作者：Dr. Alexander Ponizovskiy

Air & Plasma Technology SL

Sasha_laron@mail.ru

甲烷等离子辅助干重整：少量氧气如何增强氧化物的产生

https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c04352

基于等离子体的甲烷干重整（DRM）是一种极具吸引力的方法，可以在接近室温的大气压环境下实现原本无法自发进行的化学反应，并将甲烷转化为高商业价值的氧化物。然而，由于甲烷的深度分解，该方法容易出现焦炭沉积问题。在这项研究中，我们以氧化物的产生量为指标，评估了在不同条件下（改变氧气含量、温度、CO2/CH4比例、放电功率和气体停留时间）对DRM性能的影响。通过添加氧气，主要产物可以从合成气（CO + H2）转向氧化物。动力学模拟显示，氧化物产量的提高是由于电子撞击解离（e + O2 → e + O + O/O(1D)）形成的含氧自由基（如O、OH和HO2）浓度增加，并与H原子发生了后续反应。我们的研究揭示了氧耦合在等离子体辅助DRM过程中对于氧化物产生的关键作用，提出了抑制碳沉积同时能够增强氧化物产量的解决方案。

添加O2时等离子体辅助DRM合成含氧化合物的示意图

作者：Prof. Dr. Annemie Bogaerts  &  Shangkun Li

University of Antwerp, Belgium

shangkun.li@uantwerpen.be

annemie.bogaerts@uantwerpen.be

饮料：职业机会

法国CNRS博士后（大气压下多频冷等离子体可控合成金/聚合物纳米复合薄膜）

美国NIST博士后职位（用于等离子体监测技术的纳米热量计量学）

美国密歇根大学博士后（计算等离子体和等离子体表面相互作用材料合成）