国际低温等离子体研究进展（2024.05）

国际进展发布于 2024-11-12 22:00

前菜：养眼美图精灵闪电的三维数值模拟下图为大气精灵闪电的三维超级计算机模拟。图a为精灵流注中的电场分布，图b为N2第一正带系发射光强，其中白色表示累积强度，红色显示瞬时强度。在仿真中，精灵流注由一个宽 40 ...

前菜：养眼美图

精灵闪电的三维数值模拟

下图为大气精灵闪电的三维超级计算机模拟。图a为精灵流注中的电场分布，图b为N2第一正带系发射光强，其中白色表示累积强度，红色显示瞬时强度。在仿真中，精灵流注由一个宽 40 千米的大型精灵光环底部自发出现。正流注向下传播，负流注向上传播到光环中。当正流注在大气中向下传播时，会留下大气精灵等瞬态大气放电现象中的典型光学特征，如流注重连、珠状结构（beads）、分支现象和柱状辉光等。

来源：

R. Marskar, Plasma Sources Sci. Technol. 33, 025024 (2024)

主菜：百家观点

LIF和TALIF技术的历史回顾与未来展望

激光诱导荧光（LIF）和双光子吸收激光诱导荧光（TALIF）技术是测量化学反应中间体的重要手段，可以在时间和空间上分辨地测量自由基/原子的密度，常用于燃烧研究。21世纪初，出现了一种改进的TALIF校准方法：利用与目标原子相似的惰性气体，如O/Xe、N/Kr和H/Kr等组合来进行校准，缺点是需要考虑高激光能量下的光解，以及快速变化的高压混合物中的荧光猝灭过程。尽管使用皮秒和飞秒激光能减少淬灭影响，校准问题仍未完全解决。

近期有研究提出，目前使用的Xe/O双光子激发截面比例可能不准确，过去20年间TALIF测量的O原子密度可能应该减半。此研究还提出了一种新校准方法，即通过纳秒放电实现"自校准"，无需再通过另一种技术额外校准，但直接转换到无淬灭的皮秒和飞秒系统，并不能保证使用相同的截面比例是正确的：近期有文章提出，在添加少量H2的Xe直流放电中使用TALIF，皮秒和飞秒激光系统的双光子吸收截面比Kr/H放电大约低了20倍。

总之，皮秒和飞秒TALIF为高压化学介质提供了有力的工具，但需要精确的校准，未来诊断技术的发展，可能需要等离子体与燃烧界之间的潜在合作。

图：类似[7]中于用于TALIF绝对校准的的毛细管放电。

主菜：行业新闻&知识盛宴

2024 Gaseous Electronics Conference

第77届Gaseous Electronics Conference将于2024年9月30日至10月4日在美国加利福尼亚州的圣地亚哥举行。此次会议将重点关注等离子体源、诊断、建模、等离子体化学、基本现象以及原子和分子碰撞过程等科学。

2024年的GEC将将包括Will Allis奖获得者Vincent Donnelly教授(美国休斯顿大学)的演讲、等离子体和碰撞科学领域领导者的邀请报告，并举办5场研讨会和指导会。

摘要提交、学生优秀奖提名、学生差旅资助申请的截止日期为2024年6月3日。

更多信息：https://www.apsgec.org/gec2024/index.php

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，听取该领域领军研究人员的意见。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：

中国大连理工大学，张权治副教授，qzzhang@dlut.edu.cn

Journal Physics D:Applied Physics特刊:液相等离子体的材料应用

"液相等离子体的材料应用"是一个迅速发展的新兴领域，其中液体上方或内部的强等离子体与电解质中物质(包括溶解于电解质中或等离子体相邻固体中的物质及溶剂)的化学过程密切耦合。材料的合成和改性通常依靠的是液体化学和大量溶解态电子。目前许多相关方向正在探索应用导向驱动，例如：纳米颗粒形成、表面官能团化、表面微加工、表面抛光。

然而，不论是复杂多相系统中的等离子体物理学，还是涉及等离子体激发态的电化学，目前对其基础过程的理解仍然有限。本专题旨在弥合基础等离子体科学与这些活化介质中的电化学之间的差距，重点关注材料应用。我们希望这次专题能展示在液相等离子体在材料应用领域的模型和诊断方面的最新进展，包括电化学、(电)催化、纳米颗粒形成以及普遍的可再生能源应用。

详细征集公告见：IOPscience - Special Issue on Plasma in Liquids for Materials

甜点：进展一瞥

等离子体放电特性在等离子体催化中的重要性:甲烷干重整与氨合成

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150838

等离子体催化是一种前景广阔的技术，但对其中调控整体性能的相关过程知之甚少。例如，实验中观察到性能的变化时，通常很难区分来自表面反应和来自气相等离子体化学的贡献。

作者合成了以γ-Al2O3 球为载体的湿浸渍（WI）和喷涂（SC）催化剂（镍或钴）。使用WI催化剂时，金属纳米粒子(10wt%)分布在整个球形颗粒中，而对于SC催化剂，金属(1 or 3.3wt%)则集中在球形颗粒的表面。这些催化剂被用于甲烷干重整和合成氨的packed-bed DBD反应器。

（图A: 在N2:H2比率为1:1时,NH3出口浓度和等离子体功率。图B:在N2:H2比率为1:1时,放电面积比β和微放电量。在使用类似催化材料的情况下，DBD等离子体放电特性对整体性能有着显著影响。图C-E:合成氨实验中N2:H2比率为1:1时，空白组Al2O3(图C)、WI Co(10 wt%)催化剂(图D)和SC Co(3.3 wt%)催化剂(图E)的电荷-电压示意图(也称为Lissajous图)。填充材料/催化剂可以显著地影响等离子体放电。）

作者发现催化剂对等离子体放电有显著影响，体现在微放电强度大幅降低，而放电面积比β则更高。这种放电有利于合成氨反应，甲烷干重整则在更为典型的高拉丝放电中效果更好。此工作凸显了气相化学在等离子体催化中的重要贡献，强调了对等离子体放电进行详细分析和报告的需求，以期进一步理解放电底层机理。

作者：Robin De Meyer等，robin.demeyer@uantwerpen.be

Research group PLASMANT, University of Antwerp (Belgium)

基于电磁Anapole技术的高效低成本等离子体射流

https://doi.org/10.48550/arXiv.2311.00572

作者利用基于Anapole原理的、与PCB板制造兼容的人工设计介质结构，实现了高效的大气压等离子体针/线束流喷射。

Anapole是一种电磁模式，其工作原理与传统天线不同：通过在设备的金属和介电体部件上诱导感应反相电偶极子，能将电磁能量完全束缚在谐振腔内而不会辐射出去。这些部件由商用PCB层压板制成，不需要传统的腔体金属外壳。Anapole等离子束源工作输入功率较高，在氦气流下，普通针射流功率在1W左右，2cm长的线射流功率为5W左右。此外，该装置体积极为紧凑，在 2.45 千兆赫频率下，针状射流为 1.1 厘米 × 0.38 厘米的圆柱形圆盘；在 900 兆赫频率下，线状射流为 2.8 厘米 × 0.38 厘米的圆柱形圆盘。通过在射流中实现频率调谐，可以探索其频率依赖特性。