西安光机所在等离子体基础前沿及低温等离子体器件研发方面取得进展

近日，西安光机所瞬态光学与光子技术国家重点实验室研究员汤洁课题组，在等离子体基础前沿及低温等离子体器件研发方面取得进展，相关研究成果以Atmospheric diffuse plasma jet formation from positive-pseudo-streamer and negative pulseless glow discharges为题，发表在Communications Physics上。西安光机所为第一完成和通讯单位。 

作为一种新型的、经济的、便捷的等离子体发生技术，常压低温等离子体射流在材料加工与改性、薄膜层积、纳米颗粒制造、器械表面洗消、生物组织结构与功能恢复、微生物诱变育种等众多领域具有技术优势和应用前景。弥散、均匀、大面积低温等离子体射流的研发，一直以来为本学科领域研究的重点和难点。人们通常基于流注耦合模型，采用降低电离率或提高预电离水平的方法来获取弥散等离子体。但常压下的气体放电极易收缩成细丝，阻碍弥散等离子体的形成，成为制约均匀大面积等离子体器件研发的首要因素。

该课题组打破基于流注耦合模型产生弥散等离子体的传统思维，提出双极性扩散离子牵引与雪崩电离离子补偿弥散等离子体形成新机制，通过对载气流速的精准调控，及细丝形态的有效约束，在载气流速与离子电迁移速度可比的特定条件下，实现弥散等离子体的产生，并研发出低廉高效的弥散等离子体发生器件。该工作的关键点在于：控制载气流速与离子电迁移速度可比，残余带电正离子增加正流注放电通道边缘的双极性扩散效应，促进通道中电子的径向扩散，实现通道的径向扩充；正流注头部的径向扩展弱化头部的电场强度，阻止流注进一步发展；残余带电正离子补偿电子雪崩中的迁移离子，弱化负流注头部的电场强度，阻碍流注的形成。

该研究突破了常压下难以形成弥散等离子体的瓶颈问题，为均匀、大面积等离子体器件的研发提供了新思路，为低温等离子体技术应用的推广起到促进作用。杂志审稿人对该项研究工作给予了高度评价。研究工作得到国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、中科院光谱成像技术重点实验室开放基金等的支持。

论文链接：http://www.nature.com/articles/s42005-021-00566-8