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国际低温等离子体研究进展(2022.8)

国际进展 发布于 2023-9-11 02:13

来自工坊团队成员的分享。

前菜:养眼美图

表面电离波和“等离子体蝴蝶

在大气压下等离子体射流通道中间设置一个透明介质,可以将射流一分为二。被分开的射流沿着介质表面传播形成表面电离波并被ICCD相机捕捉到。表面电离波随着放电能量的变化,会表现出逃离介质表面的特性,形成“等离子体蝴蝶”。图中暗光部分,玻璃介质遮挡了沿喷射轴线发出的光线。

作者Joshua Morsell (jkmorsel@ncsu.edu) and Prof. Steven Shannon (scshanno@ncsu.edu), North Carolina State University, USA.

 

与电极碰撞的气泡中的放电

下图展示了两针电极之间气泡等离子体击穿现象。液态中的等离子体放电在医疗、化学合成等方面应用很多,但直接在液体中形成等离子体通常需要大的电压。在高介电常数的液体中通入气泡,可以大大降低等离子体启动电压。气泡的形状、与电极的距离对等离子体的产生和传播起关键作用。图片显示了水中气泡与针电极接触时发生的放电过程,明亮的流注勾勒出了气泡的形状。

作者:Nicholas Sponsel (lsponse@ncsu.edu) and Prof. Katharina Stapelmann (kstapel@ncsu.edu), North Carolina State University, USA.

 

主菜:行业新闻&知识盛宴

ILTPC观点:政策、机遇、挑战 


进一步重视低温等离子体科学和技术在满足人类基本需求方面的应用  

长期以来,等离子体科学和技术一直处于解决人类最基本需求的前沿。世界各国逐渐出现新冠大流行期间,数百万人的健康和经济问题亟待解决,现在是等离子体技术用于满足世界人民基本需求的好时机。

以获得清洁的水和食物为例,过去几年里,伊利诺伊大学研究的太阳能微等离子体臭氧发生器目前在位于肯尼亚西部的两个项目中,每天共消毒4000升水——等离子体不是只有在大型系统和国家项目才能做出贡献。 

位于肯尼亚的太阳能等离子体水净化装置,每小时可生产0.3克臭氧,每天可净化2000升饮用水。

其中案例包括,设计用于食品制备的紧凑的、基于等离子体的加热源:在很多不发达地区,木材或其他有机材料供应不足,常用干燥的动物粪便作为燃料。而太阳能等离子体系统可以蒸气以产生氢气,产生巨大的价值(即使整体效率和氢气生产率目前还不高

此外,废弃物处理也是一个紧迫的问题,散装废物或废水消毒是等离子体处理的有希望的方向之一。 此外,管控蚊虫繁衍、公共场所空气消毒、减少每年因变质而造成的粮食损失,都是等离子体技术可以对人类福利提供独特解决方案的有益案例。

 

美国可持续发展关键领域计划:可持续化学的创新解决方案  

美国国家科学基金会(NSF)宣布成立可持续发展的关键领域(CAS)计划。可持续化学在解决许多社会挑战方面具有重要意义,鼓励提升国家在该领域的研究能力。NSF对"可持续化学"的定义是:努力提高资源的使用效率,以满足人类对化学产品和材料的需求,同时减少有害物质的使用和废物的产生。本项目和其他NSF项目均鼓励国际合作。

https://beta.nsf.gov/funding/opportunities/critical-aspects-sustainability-cas-innovative-solutions-sustainable

美国国家科学基金会等离子体物理项目半年度网络研讨会

美国国家科学基金会将于2022年9月23日(星期五)东部时间下午3: 00- 4:30(美国和加拿大)举行半年度网络研讨会。讨论国家科学基金会资助等离子体物理相关项目的现状和国际合作。

https://nsf.zoomgov.com/webinar/r egister/WN_277t2suuQiON8js3M5xKSg

联系方式:

Vyacheslav (Slava) Lukin, vlukin@nsf.gov            

Jose Lopez joslopez@nsf.gov

 

 在线研讨会 - OLTP和IOPS

在线低温等离子体研讨会OLTP和国际在线等离子体研讨会(IOPS)继续为国际社会提供定期听取该领域领先研究人员意见的机会。 

 


甜点:进展一瞥

流动状态对氮气旋转滑动弧中稀释后甲烷分解的影响

(印度科学院)

https://doi.org/10.1038/s41598-022-14435-z

报告了旋转滑动弧(RGA)反应器在高流速下的运行情况以及流态对化学性能的影响。当流态从过渡流变为湍流时,运行模式从辉光型过渡到火花型,分解甲烷的能量效率增加了3.9倍。流动状态显著改变了等离子体中的化学成分和特性。RGA具有较高的能源效率,望缓解碳氢化合物的排放,但还需要进一步优化,提高转化率。


用等离子体O原子处理的培养基可形成氯胺并具有杀菌作用

(捷克等离子体物理研究所)

doi: 10.1002/ppap.202200079.

在PBS过程中,主要的化学过程是在被处理介质或氨基酸中发生的单氯胺或二氯胺形成反应(取决于氧原子的剂量)二氯胺的形成,可用于解释等离子体处理后的氨基酸对大肠杆菌的杀菌作用。


等离子体本身也可以被训练获得人工智能

(乔治华盛顿大学)

https://doi.org/10.1002/aisy.202200157

在一个等离子体化学系统中,化学通路网络(CPN)是一个从反应物到产物的链接网络。该网络类似于现代机器学习技术中常用的人工神经网络(ANN),其中组分浓度是神经元,化学反应速率系数是权重。因此,CPN也可以被训练得具有像人工智能(AI)的ANN那样的智能。 

文章介绍了CPN和ANN之间的数学相似性的理论推导,并以训练低温等离子体的CPN来玩棋盘游戏(三连棋)。在每个等离子体的回合中,9种气体的组合被输入到等离子体发生器,每种气体代表棋盘上的一个位置。混合气体通过每种气体的混合率代表棋盘的状态。等离子体发射光谱表明等离子体方的下一步行动。在第450次训练迭代时,等离子体的胜率接近70%左右——这意味着等离子体获得了人工智能。这表明,任何具有相当化学复杂性的体系都可以根据粒子碰撞来处理信息,如同分子水平上的可编程模拟计算机。 


等离子体活化水(PAW)和脉冲电场(PEF)的耦合抗菌作用

(斯洛伐克)

https://doi.org/10.3389/fphy.2022.895813

在冷等离子体的生物医学应用中,主要生物效应通常归因于活性氧和氮成分(RONS),而电场的物理效应常被忽视。本文研究了等离子体活化水(PAW)中的RONS对大肠杆菌的灭活的抗菌效果,并叠加了200ns脉冲电场(PEF)处理工艺。结果表明,富含NO2^-和H2O2的PAW表现出了抗菌效果,且效果通过PEF得到了加强,但这种效果仅在添加H2O2的前提下才能够实现。细菌在被PAW处理过程中,是受到化学(RONS)和物理(电磁辐射)的协同作用。

饮料:职业机会

Plasma Physicist, Electric Propulsion, ThrustMe, France

Assistant Professor, Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile


PhD Student, Plasma Physics and Chemistry, INP-Greifswald, Germany

 

PhD Candidate, Atomic and Molecular Physics Group, University of Trento, Italy

 

PhD Position, Electrodeless Plasma Thrusters, Universidad Carlos III de Madrid, Spain

 

Post-doctoral Researcher, Electrodeless Plasma Thrusters and Magnetic Nozzles, Universidad Carlos III de Madrid, Spain

 

Plasma Scientist/Engineer, Lam Research Corp., Tualatin, Oregon, USA

 

Post-doctoral Position, Physical Modeling and CFD Simulation of Turbulent Plasma Assisted Combustion, University of Minnesota, Minneapolis, USA



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