Ученые нашли способ повысить эффективность кислородной плазмы
Умеренное снижение давления позволяет активным частицам кислородной плазмы существовать дольше, не уменьшая их количество. В результате для обработки поверхности становится доступно в несколько раз больше таких частиц, что может повысить эффективность плазменных технологий.
Источник: Tokyo Metropolitan University.
МОСКВА, 6 сентября /Новости науки/. Ученые выяснили, что кислородная плазма становится эффективнее при давлении немного ниже атмосферного. В таких условиях атомарный кислород — химически активная форма кислорода — сохраняется дольше, поэтому больше его частиц успевает вступить в реакцию с обрабатываемой поверхностью или материалом, сообщила пресс-служба Токийского столичного университета.
«Хотя при снижении давления время жизни радикалов увеличилось, команда обнаружила, что количество радикалов оставалось на уровне, сопоставимом с уровнем при атмосферном давлении, вопреки ожиданиям. Дальнейший анализ показал, что это привело к тому, что для реакций с мишенью стало доступно в несколько раз больше радикалов», — говорится в материале.
Плазмой называют состояние вещества, состоящее из заряженных атомов и электронов. Искусственную плазму можно создавать, прикладывая высокое электрическое напряжение к газу. В исследовании использовалась нетепловая плазма, при которой высокую энергию получают прежде всего электроны, а атомы переходят в химически активное состояние.
Такая плазма широко применяется для уничтожения микроорганизмов, химического изменения материалов и разрушения загрязняющих веществ. Особенно востребована кислородная плазма благодаря сильной окислительной способности атомарного кислорода, который образуется при распаде молекул кислорода. Однако при атмосферном давлении активные частицы существуют недолго: из-за частых столкновений с молекулами газа меньше кислородных радикалов успевает вступить в реакцию с нужной мишенью.
Исследователи изучали импульсные электрические разряды в кислороде при давлении немного ниже атмосферного. С помощью лазеров они заставляли атомарный кислород светиться на определенной длине волны и таким образом определяли, сколько его образуется в разных участках возле положительного и отрицательного электродов.
Оказалось, что при снижении давления время существования радикалов увеличивается, однако их количество при этом остается сопоставимым с показателем при атмосферном давлении. Благодаря более долгому времени существования для взаимодействия с мишенью становится доступно в несколько раз больше активных частиц.
Ученые также установили, что атомарный кислород образуется не только в видимых светящихся участках плазмы, но и в темных областях рядом с электродами. Это показывает, что в образовании радикалов участвуют и электроны с умеренной энергией. Наблюдение помогает объяснить, почему при умеренно пониженном давлении для реакций становится доступно больше радикалов.
По данным исследователей, обнаруженный эффект дает практический способ повысить эффективность обработки кислородной плазмой. Такие технологии применяются в биомедицинской сфере, сельском хозяйстве и производстве полупроводников.
«Хотя при снижении давления время жизни радикалов увеличилось, команда обнаружила, что количество радикалов оставалось на уровне, сопоставимом с уровнем при атмосферном давлении, вопреки ожиданиям. Дальнейший анализ показал, что это привело к тому, что для реакций с мишенью стало доступно в несколько раз больше радикалов», — говорится в материале.
Плазмой называют состояние вещества, состоящее из заряженных атомов и электронов. Искусственную плазму можно создавать, прикладывая высокое электрическое напряжение к газу. В исследовании использовалась нетепловая плазма, при которой высокую энергию получают прежде всего электроны, а атомы переходят в химически активное состояние.
Такая плазма широко применяется для уничтожения микроорганизмов, химического изменения материалов и разрушения загрязняющих веществ. Особенно востребована кислородная плазма благодаря сильной окислительной способности атомарного кислорода, который образуется при распаде молекул кислорода. Однако при атмосферном давлении активные частицы существуют недолго: из-за частых столкновений с молекулами газа меньше кислородных радикалов успевает вступить в реакцию с нужной мишенью.
Исследователи изучали импульсные электрические разряды в кислороде при давлении немного ниже атмосферного. С помощью лазеров они заставляли атомарный кислород светиться на определенной длине волны и таким образом определяли, сколько его образуется в разных участках возле положительного и отрицательного электродов.
Оказалось, что при снижении давления время существования радикалов увеличивается, однако их количество при этом остается сопоставимым с показателем при атмосферном давлении. Благодаря более долгому времени существования для взаимодействия с мишенью становится доступно в несколько раз больше активных частиц.
Ученые также установили, что атомарный кислород образуется не только в видимых светящихся участках плазмы, но и в темных областях рядом с электродами. Это показывает, что в образовании радикалов участвуют и электроны с умеренной энергией. Наблюдение помогает объяснить, почему при умеренно пониженном давлении для реакций становится доступно больше радикалов.
По данным исследователей, обнаруженный эффект дает практический способ повысить эффективность обработки кислородной плазмой. Такие технологии применяются в биомедицинской сфере, сельском хозяйстве и производстве полупроводников.
