Эффективность кислородной плазмы выросла в несколько раз при умеренном снижении давления

Снижение давления всего на несколько процентов повышает эффективность кислородной плазмы в несколько раз. К такому выводу пришли исследователи Токийского столичного университета, опубликовавшие работу в Journal of Physics D: Applied Physics.

Ключевая проблема не термической плазмы при атмосферном давлении — короткое время жизни активных частиц. Частые столкновения с молекулами газа снижают количество атомарного кислорода, который успевает прореагировать с обрабатываемой поверхностью. Чем ниже давление, тем реже столкновения и тем дольше живут радикалы. Однако при сильном разрежении падает и общее число активных частиц.

Группа под руководством доцента Юсукэ Накагава исследовала импульсные электрические разряды в кислороде при давлении, немного ниже атмосферного. Для измерения концентрации атомарного кислорода учёные использовали лазерно-индуцированную флуоресценцию — метод, при котором атомы начинают светиться на определённой длине волны. Это позволило построить карту распределения радикалов вокруг положительного и отрицательного электродов по обе стороны разрядного промежутка.

Неожиданно для исследователей количество произведённых радикалов при пониженном давлении осталось на уровне, сопоставимом с атмосферным. При этом время их жизни увеличилось. В результате суммарное число активных частиц, доступных для реакций с обрабатываемым объектом, оказалось в несколько раз выше, чем при нормальном давлении.

Дополнительное наблюдение показало, что атомарный кислород образуется не только в светящейся части плазмы, но и в тёмных областях вблизи электродов. Это означает, что в производстве радикалов участвуют электроны с умеренной энергией — механизм, который ранее не учитывался. Открытие помогает объяснить, почему при умеренно пониженном давлении активных частиц становится больше.

По словам представителей университета, результаты открывают практический путь к созданию более производительных и энергоэффективных плазменных установок. Технология может найти применение в полупроводниковой промышленности, биомедицине, сельском хозяйстве и очистке сточных вод. Работа поддержана грантами Японского общества содействия науке (JSPS).

Источник: EurekAlert!