يشكر المؤلفون فولكر روهوير (معهد الفيزياء التجريبية والتطبيقية، جامعة كيل) على المساعدة في المعدات. وقد دعم العمل من قبل DFG داخل CRC 1316 البلازما الجوية العابرة، في مشروع بلازما الغلاف الجوي الباردة لدراسة آليات التفاعل الأساسية مع الركائز البيولوجية (المشروع - ID BE 4349/5-1) ، وفي مشروع أكسيد النيتريك المولد بالبلازما في التئام الجروح (المشروع - ID SCHU 2353/9-1).

1. تغذية إمدادات الغاز والغلاف الجوي التي تسيطر عليها
<ol><li>إعداد إمدادات الغاز التي تتكون من خطوط الغاز المعدنية بالكامل، وتجنب أي TPFE أو أنابيب البلاستيك مماثلة24. الحفاظ على خطوط إمدادات الغاز قصيرة قدر الإمكان لتجنب أي شوائب وتسهيل ضخ نظام إمدادات الغاز.</li>
	<li>اختر وحدات التحكم في التدفق الكتلي المستخدمة لتوفير غاز التغذية وفقا لمعدلات تدفق الغاز النموذجية ل COST-Jet. استخدام غاز العمل مع نقاء لا يقل عن 99.999٪. ملاحظة: غاز العمل الأساسي ل COST-Jet هو الهيليوم. يمكن تحقيق العملية بمعدلات تدفق بين 100 سم مكعب وحوالي 5000 سم مكعب ، مع 1000 sccm كونها القيمة الأكثر شيوعا.</li>
	<li>أدرك مزيج الغازات التفاعلية بواسطة نظام يتكون من وحدات تحكم متعددة لتدفق الكتلة. بالنسبة للخلطات الأصغر، استخدم وحدة خلط مضاد لتقليل الوقت اللازم لإتمام عملية الخلط25. ملاحظة: المزيج الشائع هو الأكسجين والنيتروجين بمعدل تدفق في ترتيب 5 سم مكعب (0.5٪ من الغاز العامل).</li>
	<li>إضافة صمام بين خطوط إمدادات الغاز والطائرات لمنع الهواء الرطب دخول إمدادات الغاز عندما لا يكون الجهاز قيد الاستخدام كما الماء هو الشوائب الأكثر شيوعا والأكثر إشكالية في بلازما الضغط الجوي، مما يؤثر تأثيرا حاسما على كيمياء البلازما.</li>
	<li>تنظيف خطوط إمدادات الغاز قبل المعالجة السطحية، للحد من الشوائب في الأنابيب. للقيام بذلك، إما ببساطة تعيين تدفق الغاز المعتدل من حوالي 1000 الهيليوم sccm وتدفق خطوط الإمداد أو، ويفضل، ضخ وإعادة ملء خطوط الإمداد مرارا وتكرارا (حوالي ثلاث مرات). ملاحظة: عند تنظيف خطوط إمداد الغاز ببساطة، قد تكون هناك حاجة إلى عدة ساعات لتنظيف النظام، اعتمادا على حالة التلوث.</li>
	<li>إضافة فخ الغربال الجزيئي أو فخ الباردة (على سبيل المثال، باستخدام النيتروجين السائل) إلى خطوط إمدادات الغاز لزيادة تقليل الرطوبة في غاز الأعلاف.</li>
	<li>إذا، بدلا من ذلك، مطلوب كمية من المياه التي تسيطر عليها كمكشف، إضافة فقاعة إلى النظام26،27.</li>
	<li>فكر في إعداد جو خاضع للرقابة لتجربة الخاص بك والتغيرات في تكوين الغلاف الجوي المحيط قد تؤثر على التفاعلات الكيميائية في النفايات السائلة البلازما. ملاحظة: من المرجح أن هذا التأثير غير واضح جدا ل COST-Jet28، نظرا لأن تكوين الحقل الكهربائي يحصر البلازما في داخل قناة التفريغ ولكنه قد يلعب دورا مهما لأجهزة CAP الأخرى حيث تكون البلازما النشطة خارج الجهاز جزئيا.</li>
</ol>2. تجميع وإعداد الجهاز
<ol><li>قم بتوصيل جهاز COST-Jet بإمدادات الغاز. توصيل الجهاز مباشرة إلى 1/4 بوصة الفولاذ المقاوم للصدأ Swagelok أنابيب. استخدام محولات لمعايير أنابيب مختلفة.</li>
	<li>قم بتوصيل التكلفة-Jet بموصل الطاقة باستخدام كابل BNC محمي مجهز بموصل SMC.</li>
	<li>قم بتوصيل المسابير الكهربائية المتكاملة بمنظار الذبذبة لمراقبة الجهد والتيار باستخدام مقاوم 50 أوم كنهاية.</li>
	<li>افتح مسكن COST-Jet وربط مسبار الجهد التجاري الذي تم تعويضه بشكل صحيح بخط النحاس الذي يعمل بالطاقة بالإضافة إلى جزء متوقف من الطائرة (على سبيل المثال، أنبوب غاز Swagelok) والمنظار.</li>
	<li>إجراء روتين معايرة المسبار: ضع جهد صغير على COST-Jet وضبط مكثف المتغير لدائرة LC باستخدام مفك للوصول إلى الاقتران الأمثل (زيادة الجهد المقاس إلى أقصى حد). إجراء معايرة الجهد عن طريق مقارنة الجهد الفعلي (المسبار التجاري) إلى الجهد المقاس (المسبار المنفذ) باستخدام الانحدار الخطي وحساب ثابت المعايرة. إزالة مسبار الجهد التجاري وإغلاق السكن COST-Jet.</li>
	<li>مرة أخرى، وتطبيق الجهد صغيرة على التكلفة-Jet وضبط مكثف متغير من دائرة LC باستخدام مفك للوصول إلى اقتران الأمثل.</li>
	<li>إشعال البلازما في جهاز COST-Jet: أولا، قم بإعداد معدل تدفق الغاز يبلغ حوالي 1 جزء في المليون من الهيليوم باستخدام وحدات تحكم التدفق الجماعي (MFCs). افتح الصمام بين نظام إمدادات الغاز و COST-Jet الأخير. ثم، وتطبيق الجهد المنخفض على الأقطاب الكهربائية وزيادة السعة حتى تشتعل البلازما.</li>
	<li>إذا، عند الاشتعال الأول، والأقطاب الكهربائية غير نظيفة وعرقلة الاشتعال، وتطبيق الجهد الأولي عالية والحد منه بسرعة بعد الاشتعال. بدلا من ذلك، استخدم بندقية شرارة لتسهيل الاشتعال الأول أسهل.</li>
	<li>تعيين معلمات التحكم في العملية (تدفق الغاز، الجهد التطبيقي) إلى القيم المطلوبة.</li>
	<li>امنح الإعداد بعض الوقت للإحماء للسماح بالاستقرار الحراري (حوالي 20 دقيقة) لضمان ظروف تشغيل مستقرة وقابلة للتكرار.</li>
	<li>لتغيير تركيب الغاز أثناء التجارب، اسمح بوقت توازن تقريبي مدته دقيقتان اعتمادا على إعداد إمدادات الغاز. ملاحظة: تكلفة Jet جاهزة الآن للتطبيق.</li>
</ol>3. قياس الطاقة
<ol><li>قم بتوصيل منظار الذبذبة الذي يراقب الجهد التيار المطبق على COST-Jet بجهاز كمبيوتر.</li>
	<li>تثبيت برنامج "COST مراقبة الطاقة" إلى الكمبيوتر29 الذي يسمح في الوقت الحقيقي رصد الطاقة11،19.</li>
	<li>ضبط الاتصال بين البرنامج والمنظار عن طريق تنفيذ الأوامر المطلوبة للسيطرة على الذبذبة محددة.</li>
	<li>بدء تشغيل برنامج مراقبة الطاقة COST والتبديل إلى لوحة الإعدادات. املأ القنوات الصحيحة المتصلة بمنظار الذبذبة وثابت المعايرة المحدد في الخطوة 2.4. ملاحظة: يمكن استخدام الزر بحث لحساب عامل المعايرة تلقائيا إذا تم إرفاق مسبار الجهد التجاري ب COST-Jet.</li>
	<li>تغيير إلى لوحة الاجتياح. خذ مرحلة مرجعية بينما البلازما لا تزال خارج عن طريق الضغط على زر البحث. إيقاف تدفق الغاز قبل هذا القياس وتطبيق الجهد الذي هو في مجموعة نموذجية من الفولتية المستخدمة في التشغيل الفعلي للتصريف كما البلازما لن تشتعل في الهواء بسبب الجهد الإشعال أعلى بكثير بالمقارنة مع خليط الغاز النبيلة تهيمن. استخدم هذا القياس لتصحيح تلقائيا لتحول المرحلة النسبية بين الجهد والتحقيقات الحالية، على افتراض مرحلة 90 درجة من مكثف الكمال هنا.</li>
	<li>اضغط على الزر بدء وإيقاف مؤقت لبدء القياسات الكهربائية أو إيقافها مؤقتا.</li>
	<li>تشغيل التكلفة-جيت حسب الرغبة. استخدام الطاقة الكهربائية الفعلية المحسوبة من الجهد والسعة الحالية وكذلك التحول المرحلة، والتي يتم عرضها باستمرار في البرنامج للرصد وكعامل التحكم.</li>
</ol>4. (الصلبة) معالجة السطح
<ol><li>قم بإعداد جو خاضع للرقابة من أجل تجربتك. ملاحظة: في حالة التكلفة-Jet، يكون الغلاف الجوي الخاضع للرقابة أقل أهمية من المصادر التي لها كيمياء البلازما النشطة خارج قناة التفريغ المحصورة.</li>
	<li>تنظيف خطوط إمدادات الغاز كما هو موضح في الخطوة 1.5.</li>
	<li>تعيين معلمات التشغيل المطلوبة وانتظر لمدة 20 دقيقة تقريبا حتى تصل التكلفة النفاثة إلى درجة حرارة مستقرة.</li>
	<li>اختر المسافة بين COST-Jet والسطح المعالج حيث تحدد المسافة مقدار الأنواع التفاعلية التي تؤثر على السطح المعالج30. استخدام xyz المرحلة لتركيب الركيزة لسهولة التلاعب. ملاحظة: بالنسبة إلى COST-Jet، تضيف فجوة الأمان ملليمترا إضافيا واحدا إلى المسافة بين تصريف البلازما والسطح المعالج.</li>
	<li>بدء وقت العلاج: إما ببساطة التبديل على البلازما أو استخدام مصراع الميكانيكية. كن على علم باحتمال تجاوز الجهد أثناء حدث التبديل مما يؤدي إلى التصريف الضيق. للحصول على تحكم أفضل في نطاق مللي ثانية، استخدم الغالق القابل للتدوير.</li>
	<li>علاج العينة للكمية المطلوبة من الوقت وإنهاء وقت العلاج عن طريق إيقاف البلازما أو عن طريق استخدام مصراع الكاميرا.</li>
	<li>إذا لزم الأمر، تحقق من نمط تدفق الغاز أمام الهدف باستخدام التصوير Schlieren عند التعامل مع الركيزة وآثار الشحن السطحي، أيون سحب القوى، أو خلط الهواء المحيط بسبب الطفو يمكن أن تؤثر على كمية الأنواع التفاعلية التي تصل إلى السطح.</li>
</ol>5. العلاج السائل
<ol><li>إعداد الغلاف الجوي للرقابة للتجربة.</li>
	<li>تنظيف خطوط إمدادات الغاز كما هو موضح في الخطوة 1.5.</li>
	<li>تعيين معلمات التشغيل المطلوبة وانتظر ما يقرب من 20 دقيقة لتكلفة طائرة للوصول إلى درجة حرارة مستقرة.</li>
	<li>اختر المسافة بين COST-Jet والسائل المعالج.</li>
	<li>صب السائل ليتم علاجها في وعاء مناسب. استخدام المواد الخاملة لتجنب ردود الفعل من الأنواع التفاعلية التي يحتمل أن تولد في السائل مع الحاوية. اختر حجم الحاوية وفقا لحجم السائل المعالج.</li>
	<li>النظر في تأثير تدفق الغاز على سطح السائل: اعتمادا على معدل تدفق الغاز، أن تكون على بينة من الغضروف المفصلي مقعر التي قد تشكل، وبالتالي تغيير المسافة بين البلازما والسطح السائل.</li>
	<li>ابدأ العلاج. تجنب طفرات الضغط على سطح السائل الناجمة عن تغيير مفاجئ في تدفق الغاز لأن هذا يمكن أن يسبب البقع السائلة في هندسة التفريغ ، وربما تسبب ماس كهربائي وبالتأكيد تلويث البلازما. بدلا من ذلك، استخدم الغالق الميكانيكي أو قم بزيادة تدفق الغاز ببطء.</li>
	<li>تأخذ في الاعتبار خلط / اثارة السائل بسبب الاحتكاك بين تدفق الغاز محايدة والسطح السائل لأن هذا يؤثر على عمليات النقل وملامح التركيز في السائل. بالإضافة إلى ذلك ، اعتمادا على وقت العلاج ، صحيح لتبخر السائل أثناء العلاج (على سبيل المثال ، عند حساب ثوابت التفاعل). اعتمادا على مصدر البلازما، يكون على بينة من هذا التبخر ربما تسبب اقتران مرة أخرى إلى التفريغ، وبالتالي تغيير كيمياء البلازما.</li>
	<li>يرجى أيضا النظر في أن التفاعل مع الكواشف المحتملة في السوائل يتأثر أيضا بالنشاط السطحي لهذا العامل. وهكذا، في بعض الحالات، قد تلعب المواد الخافقة للتسرب دورا هاما في التفاعل بين الأنواع والسوائل قصيرة الأجل.</li>
</ol>

وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.

هنا، ونحن نظهر استخدام طائرة بلازما الضغط الجوي للعلاجات السطحية من مواد مختلفة. يمكن أن يكون الإعداد التجريبي لطائرة بلازما الضغط الجوي تأثيرا هائلا على معلمات البلازما والكيمياء والأداء وبالتالي يؤثر على نتيجة علاجات البلازما وهو خطوة حاسمة في البروتوكول.
على سبيل المثال، خطوط إمدادات الغاز تلعب دورا هاما فيما يتعلق الشوائب الأكثر شيوعا في غاز الأعلاف من البلازما التي هي الرطوبة. على وجه الخصوص ، يتم تقليل إنتاج أنواع النيتروجين التفاعلية في البلازما في حين يفضل إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية ، بسبب انخفاض الطاقة المؤينة للأوكسجين مقارنة بجزيئات الماء والنيتروجين35. اكتشف شتاء24 أن رطوبة غاز التغذية الناشئة عن جزيئات الماء على سطح الأنبوب الداخلي هي ترتيب أعلى حجما باستخدام أنابيب البوليمر مقارنة بالأنابيب المعدنية بسبب ارتفاع المسامية وسعة التخزين. ويمكن تخفيضه عن طريق مسح خطوط مع غاز التغذية. ومع ذلك، تجفيف الخط عن طريق التنظيف يستغرق بضع ساعات. لذلك، ينبغي تجنب الأنابيب البوليمرية أو على الأقل الاحتفاظ قصيرة قدر الإمكان. وتؤكد هذه النتائج من خلال دراسات من Große-Kreul25. قارنوا تأثير أنابيب البولي أميد والفولاذ المقاوم للصدأ على كيمياء البلازما باستخدام قياس الطيف الكتلي. تؤكد قياساتهم تكوين أيونات مجموعات المياه في البلازما بسبب تسرب المياه من الأنابيب البوليمرية وأوقات التجفيف الأسرع مع الأنابيب المعدنية. بالإضافة إلى ذلك ، حققوا في تأثير طرق تنقية الغاز مثل فخ الغربال الجزيئي وفخ النيتروجين البارد السائل على كيمياء البلازما مما ساعد على تقليل كمية الشوائب بنحو أمرين من الحجم.
بدلا من محاولة تنقية غاز الأعلاف ، هناك أيضا نهج إضافة كمية خاضعة للرقابة من الرطوبة. وبما أن هذه الشوائب المتعمدة تهيمن بعد ذلك على الشوائب الطبيعية وبالتالي تتحكم في كيمياء البلازما ، يتم ضمان الظروف القابلة للاستنساخ طالما أن كمية الرطوبة المضافة معروفة بدقة.
لإشعال التفريغ ، يمكن عادة زيادة الجهد التطبيقي على الأقطاب الكهربائية ببساطة حتى نقطة الانهيار. ومع ذلك ، اعتمادا على الظروف السطحية للأقطاب الكهربائية ، في بعض الأحيان يكون الجهد العالي ضروريا. لتسهيل الاشتعال، يمكن استخدام بندقية شرارة الجهد العالي. وهذا يمكن أيضا أن تكون مفيدة عند محاولة إشعال تفريغ الأرجون في كوست جيت.
قبل تطبيق COST-Jet على أي أسطح، يجب تخصيص وقت كاف للجهاز لتوازن. عند تعيين إلى معلمات التحكم المطلوبة، يحتاج COST-Jet حوالي 20 دقيقة للوصول إلى ظروف مستقرة11. خلال هذا الوقت ، تصل درجة حرارة الجهاز ودرجة حرارة الغاز وكذلك كيمياء البلازما إلى حالة ثابتة.
للمقارنة بين النتائج العلمية، معلمات التحكم البلازما قابلة للمقارنة ضرورية. لقياس قوة الإدخال الكهربائي، يمكن استخدام شاشة طاقة COST29. البرنامج مفتوح المصدر ومتوافق مع مجموعة من أنواع مختلفة من المناظير. يعمل البرنامج وفقا للمبدأ الذي وصفته غولدا19.
بالإضافة إلى تأثير رطوبة غاز الأعلاف على كيمياء البلازما ، فإن نقل الأنواع التفاعلية من البلازما إلى الركيزة يلعب دورا مهما في تكوين النفايات السائلة وهو خطوة حاسمة أخرى في البروتوكول. يمكن أن يؤثر الغلاف الجوي المحيط على الأنواع التي تم إنشاؤها في البلازما في طريقها إلى الركيزة. ولتقليل هذا التأثير إلى أدنى حد، يستخدم مفهومان مختلفان: '1' أولا، يمكن إنشاء جو خاضع للرقابة يتكون من غاز الأعلاف. وبالتالي ، يمكن الحفاظ على تكوين الغلاف الجوي المحيط ثابتا. اعتمادا على مستوى النقاء المطلوب للعلاج ، يمكن تحقيق الغلاف الجوي الخاضع للرقابة من خلال مساكن واقية مجهزة بصمام أحادي الاتجاه لمنع الضغط الزائد. لمستويات أعلى من النقاء، يمكن استخدام غرفة فراغ مع مضخة. ثانيا، يمكن إنشاء الغلاف الجوي الخاضعة للرقابة باستخدام ستارة الغاز التدريع حول السائل السائل البلازما36،37. عادة، فإنه يتكون من غاز خامل، ولكن يمكن أيضا أن تكون متنوعة وفقا لاحتياجات التطبيق.
لحسن الحظ ، بالنسبة ل COST-Jet ، فإن تأثير الغلاف الجوي المحيط منخفض نسبيا. باستخدام وضع العلامات النظيرية، وقد أظهرت غوربانيف أنه بالنسبة لطائرة البلازما تكوين حقل مواز، تم تشكيل الأكسجين التفاعلي وأنواع النيتروجين التي تصل إلى سطح سائل في مرحلة غاز البلازما وكذلك في المنطقة بين فوهة البلازما والعينة38،39. في المقابل، باستخدام نفس التقنية لتكلفة-Jet، وجدوا أن RONS نشأت بشكل حصري تقريبا من مرحلة البلازما بدلا من البيئة المحيطة28. وربما يرجع ذلك إلى أن المجال الكهربائي يقتصر على قناة البلازما لتفريغ التكلفة النفاثة. وهذا يجعل تصريف البلازما مستقلة إلى حد كبير عن بيئتها ويعطيها طابعا عن بعد معينة.
بالنسبة لطائرة بلازما المجال الكهربائي الطولية، أظهرت Darny et al.40 أن قطبية الحقل الكهربائي تعدل نمط تدفق الغاز وبالتالي أيضا على الأنواع التفاعلية التي تصل إلى هدف بسبب الرياح الأيونية. وقد تأكد اعتماد كثافة الأنواع التفاعلية على البيئة من خلالالقياساتالتي أجراها ستانكامبيانو وآخرون. وأبلغوا عن الفرق في عدد الأنواع التفاعلية التي تنشأ في المياه المعالجة حسب الخصائص الكهربائية. وللتعويض عن هذه الاختلافات، كان عليهم إنشاء دائرة كهربائية تعويضية. يختلف هذا السلوك عن COST-Jet: يقارن الشكل 5 صور Schlieren ل COST-Jet بدون جهد كهربائي مطبق وأثناء التشغيل لمعدلات تدفق غاز مختلفة. تم التقاط الصور باستخدام محاذاة مضمنة مرآة واحدة كما وصفها كيلي41. وهي تبين كيف أن النفايات السائلة COST-Jet المنحازة أفقيا تضرب ركيزة زجاجية مسطحة. تظهر كلتا الصورتين نفس نمط تدفق الغاز بالضبط. وهذا ناتج عن عدم وجود رياح أيونية بسبب عدم وجود أنواع مشحونة في النفايات السائلة البلازما.
بالإضافة إلى ذلك، يعرض COST-Jet نمط تدفق صفح جدا. وأظهرت كيلي41 صور شليرين مماثلة لتلك التي قدمت في الشكل 5, لمعدلات تدفق الغاز المختلفة. حتى في معدلات تدفق الغاز عالية نسبيا من 2 slpm، والنفايات السائلة البلازما لا يظهر أي علامات على الاضطراب. في معدلات تدفق الغاز منخفضة جدا من 0.25 slpm وما دونها، والطفو من النفايات السائلة الهيليوم يبدأ في لعب دور. ومع ذلك، ما يصل إلى 4 - 5 مم المسافة من فوهة، والغلاف الجوي المحيط لا يؤثر على تكوين الغاز الوصول إلى السطح كما يتضح من Ellerweg باستخدام الطيفالكتلي 17.
إضافة كافة الخصائص المذكورة أعلاه إلى الطابع البعيد من COST-Jet. وهذا يجعلها مرشح مثالي للرقابة، ومعالجة مماثلة من الأسطح.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig05.jpg"> الشكل 5: صور Schlieren من التكلفة-Jet مع وبدون الجهد التطبيقي لاثنين من معدلات تدفق الغاز المختلفة. أثناء عملية البلازما، نمط تدفق الغاز يشبه بالضبط نمط مع تدفق الغاز فقط. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61801/61801fig05large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
اعتمادا على التأثير المطلوب على العينة المعالجة ، يمكن تعديل معلمات التحكم في خليط تدفق الغاز ، والطاقة الكهربائية التطبيقية ، والمسافة بين مصدر البلازما والسطح وفقا لذلك. وبالنسبة ل COST-Jet، توجد قاعدة بيانات أدبية واسعة النطاق للدراسات التي تحقق في الأنواع التفاعلية في النفايات السائلة. على سبيل المثال، قامت ويلمز30 بقياس كثافة الأكسجين الذري باستخدام قياس الطيف الكتلي في حين قامت شنايدر42 بقياس كثافات النيتروجين الذري في النفايات السائلة.
يمكن أن يسبب علاج السوائل بلازما الضغط الجوي مجموعة متنوعة من آليات التفاعل المحتملة التي تحركها الأنواع التفاعلية أو الأيونات أو الفوتونات أو الحقول الكهربائية. نظرا للخصائص الموصوفة سابقا ل COST-Jet ، فإن تأثير المجال الكهربائي والأيونات والفوتونات لا يكاد يذكر مقارنة بمصادر البلازما حيث تكون البلازما على اتصال مباشر مع السوائل. لذلك ، لدراسة تأثير الأنواع التفاعلية قصيرة الأجل مثل الأكسجين الذري على محلول الفينول ، تم استخدام COST-jet من قبل Hefny43 و Benedikt44. وعلاوة على ذلك، يوفر COST-Jet إمكانية مريحة لمقارنة التجارب والمحاكاة العددية للمعالجة السائلة28. كما يهيمن على التفاعل بين البلازما والسائل من تدفق الغاز من الأنواع التفاعلية من البلازما إلى السطح السائل، يمكن تقليل تعقيد النموذج.
تدفق الغاز الناجم عن اثارة السائل يزيد من معدل التفاعل بين البلازما ولدت الأنواع التفاعلية والسائل. على النقيض من العلاجات السطحية للمواد الصلبة ، يغير الحمل الحراري للسائل باستمرار التركيز المحلي للمتفاعلات. بالإضافة إلى ذلك، تتأثر معدلات التفاعل بين الأنواع المولدة بالبلازما مع المواد المتفاعلة في السائل أيضا بالنشاط السطحي لهذه المواد المتفاعلة. مع زيادة النشاط السطحي ، يزداد تركيز المتفاعل على السطح السائل. قد تلعب هذه المواد الخافرة للطبيعة دورا هاما في التفاعل بين الأنواع قصيرة الأجل التي تولدها البلازما.
بجانب تحريك تدفق الغاز الذي يؤثر على السطح السائل يؤدي أيضا إلى التبخر الذي يجب النظر فيه. باستخدام COST-Jet مع أوقات علاج قصيرة قد يلعب التبخر دورا ثانويا ، على الرغم من أنه لا يزال يتعين النظر في حساب معدلات التفاعل الصحيحة. لا يتأثر تفريغ التكلفة-Jet بالتبخر وبالتالي لا تتأثر كيمياء البلازما أيضا. بالنسبة لمصادر البلازما المختلفة ، حيث تكون البلازما على سبيل المثال على اتصال مباشر مع السائل ، تتغير كيمياء البلازما بشكل كبير مع التبخر كما هو مبين من قبل تيان وكوشنر45 لتفريغ حاجز عازل. أيضا ، بالنسبة لkINPen ، تم تحديد تأثير التبخر46.
وإلى جانب هذه الاختلافات المذكورة في كيمياء البلازما التي تحتاج إلى النظر لمصادر البلازما المختلفة، وأيضا طوبولوجيا الغضروف المفصلي الناجم عن تيار الغاز على التغيرات السطحية السائلة. عمق هذا الغضروف المفصلي عادة ما يعتمد على سرعة الغاز. لمصادر البلازما حيث تكوين القطب يحفز حقل كهربائي كبير الوصول إلى السائل أو حتى مع البلازما في اتصال مع السائل، يمكن رفع هذا الغضروف المفصلي47،48. كما هو مبين, العديد من الآثار تحتاج إلى النظر وفقا لمصدر البلازما المستخدمة.
في المستقبل، يمكن استخدام هذا البروتوكول لإجراء ووصف العلاجات السطحية والسائلة باستخدام COST-Jet. وهو مستقر، مصدر البلازما استنساخها تظهر طابع فريد من نوعه عن بعد بين عدد كبير من تصاميم مختلفة طائرة البلازما. ولا تقتصر نفس الأساليب على مصدر التكلفة النفاثة فقط، ويمكن تعديلها وتكييفها لاستخدامها مع أي مصدر بلازما الضغط الجوي البارد.

وقد اجتذبت بلازما الضغط الجوي البارد (CAPs) اهتماما متزايدا في السنوات الأخيرة بسبب إمكاناتها لتطبيقات المعالجة السطحية. وتتميز CAPs بخصائصها غير المتوازنة ، مما يتيح كيمياء البلازما المعقدة ذات الكثافة العالية من الأنواع التفاعلية مع الحفاظ على تأثير حراري منخفض على العينات المعالجة. لذلك ، تعتبر CAPs على وجه الخصوص لعلاج الأنسجة البيولوجية1و2و3و4. وتستخدم بنجاح العديد من المفاهيم والتصاميم من CAPs لتطهير الجروح والشفاء، وتخثر الدم، وعلاج السرطان، من بين تطبيقات الطب الحيوي الأخرى. نسبة كبيرة من الأنسجة البيولوجية تحتوي على السوائل. لذلك ، تركز الأبحاث أيضا بشكل متزايد على التحقيق في آثار CAPs على الأسطح السائلة مثل الخلايا المتوسطة أو الماء5و6و7.
ومع ذلك ، فإن النتائج العلمية غالبا ما تعاني من مشاكل الموثوقية والاستنساخ8و9و10. فمن ناحية، تخضع الركائز البيولوجية المعالجة لتغيرات طبيعية. ومن ناحية أخرى، نادرا ما تعزى الآليات البيولوجية مباشرة إلى عمليات البلازما (مثل المجالات الكهربائية، والأشعة فوق البنفسجية، والأنواع الطويلة والقصيرة الأجل، وما إلى ذلك). وعلاوة على ذلك، هذه العمليات البلازما بدورها تعتمد بقوة على مصدر البلازما الفردية والنوع الدقيق لتطبيقه.
بالإضافة إلى ذلك، نادرا ما تتوفر بروتوكولات مفصلة لإجراءات العلاج. وهذا يجعل من الصعب عزل تأثير معلمة البلازما معينة على نتيجة العلاج، مما يجعل النتائج التي تم الحصول عليها غير قابلة للنقل.
لذلك في الآونة الأخيرة ، بذلت محاولات مختلفة لتوحيد علاج الأسطح والأنسجة والسوائل باستخدام بلازما الضغط الجوي البارد. هنا نقدم بعض الأمثلة المختارة فقط.
<ol><li>لتبسيط المقارنة المباشرة لمصادر البلازما المختلفة، تم تطوير مصدر مرجعي. مستوحاة من المجتمع البلازما الضغط المنخفض، تم تطوير تصميم التفريغ القابلة للاستنساخ ومستقرة (COST-Jet) في إطار العمل التكلفة MP 1101 التي يمكن أن تكون بمثابة مصدر مرجعي للبحوث الطبية الحيوية في المستقبل11.</li>
	<li>ولتمكين المقارنة، وضعت بروتوكولات مرجعية للتطبيقات الفردية. لتوحيد المقارنة بين خصائص مضادات الميكروبات من بلازما الضغط الجوي البارد، على سبيل المثال، حدد مان وآخرون بروتوكولا مرجعيا لعلاج الكائنات الحية الدقيقة عن طريق تطبيع وقت العلاج لكل وحدة منطقة12.</li>
	<li>لنهج أكثر مرونة، وضعت Kogelheide وآخرون طريقة للتحقيق في التعديلات الكيميائية الناجمة عن البلازما على الجزيئات الكبيرة13. باستخدام مركبات التتبع مثل السيستين أو الجلوتاثيون المحتوي على السيستين (GSH) بالاشتراك مع FTIR وقياس الطيف الكتلي ، حاولوا استقراء التعديلات الكيميائية على الركائز البيولوجية. باستخدام هذه الطريقة، وقد تم بالفعل مقارنة العديد من مصادر البلازما مثل كوست جيت، kinPen، وDBD سينوجي14،15،16.</li>
	<li>لمقارنة مصادر البلازما الفردية مباشرة، يجب إنشاء معلمات تحكم قابلة للمقارنة. من الصعب قياس معلمات البلازما الأساسية مثل درجة حرارة الإلكترون وكثافة الإلكترون وكثافات التدفق للأنواع التفاعلية في بلازما الضغط الجوي لأن هذه البلازما غالبا ما تكون عابرة وأبعادها صغيرة. بدلا من ذلك، غالبا ما تستخدم معلمات التحكم الخارجي مثل طاقة المولد، والجهد التطبيقي أو الاشتعال، ونقاط القوس كمرجع، خاصة عند مقارنة النتائج بالمحاكاة17و18. في الآونة الأخيرة ، تم استخدام استهلاك الطاقة الكهربائية المقاس كمعلمة تحكم أكثر موثوقية19و20و21.</li>
</ol>على الرغم من هذه الجهود، قد تكون مقارنة نتائج الدراسات المختلفة لا تزال مستحيلة، وذلك ببساطة بسبب التحدي المتمثل في تطبيق مصدر البلازما بشكل صحيح على السطح. هناك عدد كبير من المزالق السائدة التي يجب معالجتها عند العمل مع تطبيقات بلازما الضغط الجوي مثل تأثير المجالات الكهربائية الخارجية (دوائر التعويض) ، وحلقات التغذية المرتدة بين البلازما والبيئة المحيطة بها (الغلاف الجوي المحمية) ، ونقل الأنواع (الرياح الأيونية) ومعلمات التحكم (الجهد ، التيار ، الطاقة).
والهدف الرئيسي من هذا العمل هو توفير بروتوكول شامل ومفصل بشأن تطبيق التكلفة النفاثة للعلاجات السطحية. وتكلفة جيت هو مصدر البلازما الموثوق بها التي تم تطويرها لأغراض مرجعية علمية بدلا من للاستخدام الصناعي أو الطبي. وهو يوفر شروط التفريغ القابلة للاستنساخ وقاعدة بيانات واسعة من الدراسات المتاحة22،23. ويستند COST-Jet على متجانسة, اقتران بالسعة RF-البلازما. ولأن الحقل الكهربائي محصور عموديا على تدفق الغاز، فإن الأنواع المشحونة يتم الاحتفاظ بها في الغالب في منطقة التصريف ولا تتفاعل مع الهدف أو الغلاف الجوي المحيط به. بالإضافة إلى ذلك، يضمن تدفق غاز النعناع ظروف البلازما الكيميائية القابلة للتكرار في النفايات السائلة بالبلازما.
في هذه الورقة، سنعالج التحديات الأكثر شيوعا ونقدم الحلول الممكنة التي استخدمت في الأدبيات. وتشمل هذه إمدادات الغاز المناسبة، والتحكم في التفريغ، وتأثير الغلاف الجوي المحيط، وإعداد السطح. وينبغي أن يكفل الامتثال للبروتوكول المعروض هنا إمكانية استنساخ القياسات وقابليتها للمقارنة.
وقد يكون البروتوكول أيضا مثالا لمصادر الضغط الجوي الأخرى. يجب أن يتم تكريره لمصادر البلازما النفاثة الأخرى وفقا لتدفق الغاز الفردي وتكوين الحقل الكهربائي. وسنحاول، حيثما ينطبق ذلك، الإشارة إلى التعديلات المحتملة على البروتوكول. وينبغي النظر في الخطوات الموصوفة والإبلاغ عنها عند نشر الدراسات التي تطبق بلازما الضغط الجوي على العينات المعالجة.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>COST power monitor software</td>
			<td>home-built</td>
			<td></td>
			<td>according to www.cost-jet.eu and J Golda et al 2016 J. Phys. D: Appl. Phys. 49 084003</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>COST-Jet (including matching circuit)</td>
			<td>home-built</td>
			<td></td>
			<td>according to www.cost-jet.eu and J Golda et al 2016 J. Phys. D: Appl. Phys. 49 084003</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>current probe</td>
			<td>home-built</td>
			<td></td>
			<td>integrated into the COST-Jet</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>gas supply system</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td></td>
			<td>stainless steel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>helium</td>
			<td>Air Liquide</td>
			<td></td>
			<td>99.999 % purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mass flow controller (MFC)</td>
			<td>Analyt-MTC</td>
			<td>series 358</td>
			<td>5000 sccm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MFC</td>
			<td>Analyt-MTC</td>
			<td></td>
			<td>50 sccm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>oscilloscope</td>
			<td>Agilent Technologies</td>
			<td>DSO7104B</td>
			<td>bandwidth 1 GHz, resolution 4 Gsa/s</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>oxygen</td>
			<td>Air Liquide</td>
			<td></td>
			<td>99.9999 % purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>power supply</td>
			<td>home-built</td>
			<td></td>
			<td>according to www.cost-jet.eu and J Golda et al 2016 J. Phys. D: Appl. Phys. 49 084003</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>voltage probe</td>
			<td>Tektronix</td>
			<td>P5100A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>xyz-stage</td>
			<td>Zaber</td>
			<td>ZAB-X-XAZ-LSM0100A-K0059-SQ3</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

treating surfaces with a cold atmospheric pressure plasma using the cost-jet

في السنوات الأخيرة، استخدمت بلازما الضغط الجوي غير الحرارية على نطاق واسع للعلاج السطحي، على وجه الخصوص، بسبب إمكاناتها في التطبيقات البيولوجية. ومع ذلك ، فإن النتائج العلمية غالبا ما تعاني من مشاكل في الإنجاب بسبب ظروف البلازما غير الموثوقة وكذلك إجراءات العلاج المعقدة. لمعالجة هذه المشكلة وتوفير مصدر البلازما مستقرة وقابلة للاستنساخ، تم تطوير مصدر المرجع COST-Jet.
في هذا العمل، نقترح بروتوكول مفصل لإجراء علاجات سطحية موثوقة وقابلة للاستنساخ باستخدام طائرة MICROPLASMA المرجعية COST (COST-Jet). تتم مناقشة القضايا والمزالق المشتركة ، فضلا عن خصائص COST-Jet مقارنة بالأجهزة الأخرى وطابعها البعيد المفيد. يتم توفير وصف مفصل لكل من المعالجة السطحية الصلبة والسائلة. الأساليب الموصوفة متعددة الاستخدامات ويمكن تكييفها لأنواع أخرى من أجهزة بلازما الضغط الجوي.

باستخدام الأساليب والمعدات المذكورة أعلاه، طبقنا نموذج التكلفة-Jet على أسطح وسوائل مختلفة. ويبين الشكل 1 الإعداد التجريبي المستخدم في المعالجة بما في ذلك إمدادات الطاقة، ونظام إمدادات الغاز، والجهد، والتحقيقات الحالية، فضلا عن الغلاف الجوي الخاضع للرقابة ومصراع ميكانيكي.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig01.jpg"> الشكل 1: الإعداد التجريبي المستخدم لعلاج البلازما للأسطح والسوائل باستخدام التكلفة-Jet. ويستخدم فخ الباردة لتنقية غاز الأعلاف. يتم تحقيق الغلاف الجوي الخاضع للرقابة من خلال غرفة فراغ ضخ في الضغط الجوي. مصراع الميكانيكية يسهل إدارة الوقت من الصلبة والسائلة معالجة السطح. تسمح المرحلة المرنة بالتحكم في المسافة بين طائرة البلازما والسطح. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61801/61801fig01large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
باستخدام الجهد والتحقيق الحالي المنفذة في التكلفة النفاثة، يمكن حساب الطاقة الكهربائية تبدد. ويبين الشكل 2 الطاقة الكهربائية المقاسة في بلازما الهيليوم المتولدة في خمسة أجهزة مختلفة من طراز COST-Jet باستخدام تدفق غاز يبلغ 1 slpm. تظهر كافة الأجهزة سلوكا مماثلا. ينشأ الانحراف بين الأجهزة المختلفة من عدم اليقين في قياس الطاقة وكذلك الاختلافات المجهرية في الاجهزة مثل مسافة القطب الكهربائي. وقد تم إجراء قياسات أكثر تفصيلا للأنواع التفاعلية (مثل الأكسجين الذري والأوزون) ودرجة الحرارة والطاقة وكذلك قياسات نشاط مبيد الجراثيم من قبل ريدل22.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig02.jpg"> الشكل 2: تبدد السلطة كدالة الجهد التطبيقي في بلازما الهيليوم. تمثل البيانات خمسة أجهزة COST-Jet متطابقة34. الانحرافات الصغيرة في الفولتية العالية ترجع إلى عدم اليقين من القياس وكذلك الانحرافات الصغيرة في هندسة قناة تصريف الغاز22. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61801/61801fig02large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
الشكل 3 يظهر لمحة النقش من فيلم A:C-H لعلاج 3 دقائق مع COST-Jet باستخدام تدفق الغاز من الهيليوم 1.4 slpm مع مزيج من 0.5٪ الأكسجين قياس باستخدام مقياس عاكس الطيفية التصوير31. يظهر نمط النقش هيكلا دائريا يمثل التماثل الأسطواني للنفايات السائلة في البلازما. واستنادا إلى ملامح النقش بالاقتران مع المحاكاة العددية، يمكن تقدير احتمال فقدان السطح للأوكسجين الذري.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig03.jpg"> الشكل 3: لمحة عن لمحة عن البلازما المعالجة a:C-H الفيلم. تم حفر الانخفاض في الفيلم باستخدام خليط غاز من الهيليوم 1.4 slm مع مزيج من الأكسجين 0.6٪ بجهد 230 Vrms ووقت علاج 3دقائق.<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61801/61801fig03large.jpg" target="_blank"></a>
ويبين الشكل 4 الدوامات الموجودة في السائل الناجمة عن تدفق الغاز الذي يؤثر على السطح السائل. ورقة ليزر تضيء جزيئات التتبع في السائل يجعل من الممكن لمراقبة مسار وسرعة هذه الجسيمات عن طريق قياس الجسيمات صورة وبالتالي دراسة تدفق السوائل32. من المهم النظر في كثافات مماثلة من جزيئات البذر والسوائل بحيث تمثل مسارات الجسيمات حركة السوائل. مع هذا التصور من قياسات تدفق السوائل والمحاكاة العددية يمكن مقارنة33. ويعزى ذلك إلى الاحتكاك السطحي بين تدفق الغاز السائل والسطح السائل. ويبين الشكل 4 أيضا الاكتئاب الذي يحدث للسطح السائل تحت قناة الغاز لطائرة البلازما، ما يسمى الغضروف المفصلي. يتم تصوره بواسطة خط أزرق.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61801/61801fig04.jpg"> الشكل 4: صورة لجسيمات نشا الذرة المضيئة في 3 مل من الماء الذي يحركه تدفق الغاز. ويعزى ذلك إلى الاحتكاك السطحي بين تدفق الغاز السائل والسطح السائل. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61801/61801fig04large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Treating Surfaces with a Cold Atmospheric Pressure Plasma using the COST-Jet at JoVE.com

Treating Surfaces with a Cold Atmospheric Pressure Plasma using the COST-Jet

يتم تقديم هذا البروتوكول لتوصيف الإعداد والمناولة وتطبيق التكلفة-Jet لمعالجة الأسطح المتنوعة مثل المواد الصلبة والسوائل.

معالجة الأسطح ببلازما الضغط الجوي الباردة باستخدام COST-Jet

In recent years, non-thermal atmospheric pressure plasmas have been used extensively for surface treatments, in particular, due to their potential in ...

treating-surfaces-with-cold-atmospheric-pressure-plasma-using-cost

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

3.9K Views.  Kiel University. يتم تقديم هذا البروتوكول لتوصيف الإعداد والمناولة وتطبيق التكلفة-Jet لمعالجة الأسطح المتنوعة مثل المواد الصلبة والسوائل.

Video: Treating Surfaces with a Cold Atmospheric Pressure Plasma using the COST-Jet

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen 1-7. The performance of SOFCs and the rates of many chemical and energy transformation processes in energy storage and conversion devices in general are limited primarily by charge and mass transfer along electrode surfaces and across interfaces. Unfortunately, the mechanistic understanding of these processes is still lacking, due largely to the difficulty of characterizing these processes under in situ conditions. This knowledge gap is a chief obstacle to SOFC commercialization. The development of tools for probing and mapping surface chemistries relevant to electrode reactions is vital to unraveling the mechanisms of surface processes and to achieving rational design of new electrode materials for more efficient energy storage and conversion2. Among the relatively few in situ surface analysis methods, Raman spectroscopy can be performed even with high temperatures and harsh atmospheres, making it ideal for characterizing chemical processes relevant to SOFC anode performance and degradation8-12. It can also be used alongside electrochemical measurements, potentially allowing direct correlation of electrochemistry to surface chemistry in an operating cell. Proper in situ Raman mapping measurements would be useful for pin-pointing important anode reaction mechanisms because of its sensitivity to the relevant species, including anode performance degradation through carbon deposition8, 10, 13, 14 ("coking") and sulfur poisoning11, 15 and the manner in which surface modifications stave off this degradation16. The current work demonstrates significant progress towards this capability. In addition, the family of scanning probe microscopy (SPM) techniques provides a special approach to interrogate the electrode surface with nanoscale resolution. Besides the surface topography that is routinely collected by AFM and STM, other properties such as local electronic states, ion diffusion coefficient and surface potential can also be investigated17-22. In this work, electrochemical measurements, Raman spectroscopy, and SPM were used in conjunction with a novel test electrode platform that consists of a Ni mesh electrode embedded in an yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte. Cell performance testing and impedance spectroscopy under fuel containing H2S was characterized, and Raman mapping was used to further elucidate the nature of sulfur poisoning. In situ Raman monitoring was used to investigate coking behavior. Finally, atomic force microscopy (AFM) and electrostatic force microscopy (EFM) were used to further visualize carbon deposition on the nanoscale. From this research, we desire to produce a more complete picture of the SOFC anode.

We present a unique platform for characterizing electrode surfaces in solid oxide fuel cells (SOFCs) that allows simultaneous performance of multiple characterization techniques (e.g. in situ Raman spectroscopy and scanning probe microscopy alongside electrochemical measurements). Complementary information from these analyses may help to advance toward a more profound understanding of electrode reaction and degradation mechanisms, providing insights into rational design of better materials for SOFCs.

التحقيق ورسم الخرائط أسطح الكهربائي في خلايا الوقود الصلبة أكسيد

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen ...

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

التوليف وMicrodiffraction في الضغوط الشديدة ودرجات الحرارة

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra shallow and sharp doping profiles at the nanometer scale. In MLCD process the dopant source is a monolayer containing dopant atoms.
In this article a detailed procedure for surface doping of silicon substrate as well as silicon nanowires is demonstrated. Phosphorus dopant source was formed using tetraethyl methylenediphosphonate monolayer on a silicon substrate. This monolayer containing substrate was brought to contact with a pristine intrinsic silicon target substrate and annealed while in contact. Sheet resistance of the target substrate was measured using 4 point probe. Intrinsic silicon nanowires were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) process using a vapor-liquid-solid (VLS) mechanism; gold nanoparticles were used as catalyst for nanowire growth. The nanowires were suspended in ethanol by mild sonication. This suspension was used to dropcast the nanowires on silicon substrate with a silicon nitride dielectric top layer. These nanowires were doped with phosphorus in similar manner as used for the intrinsic silicon wafer. Standard photolithography process was used to fabricate metal electrodes for the formation of nanowire based field effect transistor (NW-FET). The electrical properties of a representative nanowire device were measured by a semiconductor device analyzer and a probe station.

A detailed procedure for surface doping of Silicon interfaces is provided. The ultra-shallow surface doping is demonstrated by using phosphorus containing monolayers and rapid annealing process. The method can be used for doping of macroscopic area surfaces as well as nanostructures.

الاتصال أحادي الطبقة المنشطات من السيليكون السطوح والأسلاك المتناهية الصغر عن طريق المركبات الفوسفورية العضوية

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a stable and continuous operation of the plasma is possible and the plasma torch can be used for many different applications. On one hand, the hot (3,600 K gas temperature) plasma can be used for chemical processes and on the other hand the cold afterglow (temperatures down to almost RT) can be applied for surface processes. For example chemical syntheses are interesting volume processes. Here the microwave plasma torch can be used for the decomposition of waste gases which are harmful and contribute to the global warming but are needed as etching gases in growing industry sectors like the semiconductor branch. Another application is the dissociation of CO2. Surplus electrical energy from renewable energy sources can be used to dissociate CO2 to CO and O2. The CO can be further processed to gaseous or liquid higher hydrocarbons thereby providing chemical storage of the energy, synthetic fuels or platform chemicals for the chemical industry. Applications of the afterglow of the plasma torch are the treatment of surfaces to increase the adhesion of lacquer, glue or paint, and the sterilization or decontamination of different kind of surfaces. The movie will explain how to ignite the plasma solely by microwave power without any additional igniters, e.g., electric sparks. The microwave plasma torch is based on a combination of two resonators &#8212; a coaxial one which provides the ignition of the plasma and a cylindrical one which guarantees a continuous and stable operation of the plasma after ignition. The plasma can be operated in a long microwave transparent tube for volume processes or shaped by orifices for surface treatment purposes.

This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications.

كيفية اشعال على الضغط الجوي البلازما الشعلة ميكروويف دون أي اشعال إضافية

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a ...

Blast Quantification Using Hopkinson Pressure Bars

Near-field blast load measurement presents an issue to many sensor types as they must endure very aggressive environments and be able to measure pressures up to many hundreds of megapascals. In this respect the simplicity of the Hopkinson pressure bar has a major advantage in that while the measurement end of the Hopkinson bar can endure and be exposed to harsh conditions, the strain gauge mounted to the bar can be affixed some distance away. This allows protective housings to be utilized which protect the strain gauge but do not interfere with the measurement acquisition. The use of an array of pressure bars allows the pressure-time histories at discrete known points to be measured. This article also describes the interpolation routine used to derive pressure-time histories at un-instrumented locations on the plane of interest. Currently the technique has been used to measure loading from high explosives in free air and buried shallowly in various soils.

This protocol details the use of Hopkinson pressure bars to measure reflected blast loading from near-field explosive events. It is capable of interpolating a pressure-time history at any point on a reflective boundary and as such can be used to fully characterize the spatial and temporal variations in loading produced.

الانفجار الكمي عن طريق هوبكنسون البارات الضغط

Near-field blast load measurement presents an issue to many sensor types as they must endure very aggressive environments and be able to measure pressures ...

The Measurement of Unsteady Surface Pressure Using a Remote Microphone Probe

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various characteristic length scales can result in pressure fluctuations over a wide frequency range. This property of turbulence requires sensing devices to have sufficient sensitivity over a wide range of frequencies. Furthermore, the small characteristic length scales of turbulent structures require small sensing areas and the ability to place the sensors in very close proximity to each other. The complex geometries of the solid bodies, often including large surface curvatures or discontinuities, require the probe to have the ability to be set up in very limited spaces. The development of a remote microphone probe, which is inexpensive, consistent, and repeatable, is described in the present communication. It allows for the measurement of pressure fluctuations with high spatial resolution and dynamic response over a wide range of frequencies. The probe is small enough to be placed within the interior of typical wind tunnel models. The remote microphone probe includes a small, rigid, and hollow tube that penetrates the model surface to form the sensing area. This tube is connected to a standard microphone, at some distance away from the surface, using a "T" junction. An experimental method is introduced to determine the dynamic response of the remote microphone probe. In addition, an analytical method for determining the dynamic response is described. The analytical method can be applied in the design stage to determine the dimensions and properties of the RMP components.

Here, we present a protocol to measure, with high spatial resolution, the unsteady surface pressure in turbulent flows. This method demonstrates the construction of a remote microphone probe (RMP) and the determination of its frequency-dependent, complex transfer function. An analytical determination of the dynamic response is presented and validated.

وقياس الضغط متقلب السطحية باستخدام ميكروفون التحقيق عن بعد

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various ...

An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. The reactions of cold plasma with the surrounding atmosphere yield a variety of reactive species, which can define its effectiveness. While efficient development of cold plasma therapy requires kinetic models, model benchmarking needs empirical data. Experimental studies of the source of reactive species detected in aqueous solutions exposed to plasma are still scarce. Biomedical plasma is often operated with He or Ar feed gas, and a specific interest lies in investigation of the reactive species generated by plasma with various gas admixtures (O2, N2, air, H2O vapor, etc.) Such investigations are very complex due to difficulties in controlling the ambient atmosphere in contact with the plasma effluent. In this work, we addressed common issues of &#39;high&#39; voltage kHz frequency driven plasma jet experimental studies. A reactor was developed allowing the exclusion of ambient atmosphere from the plasma-liquid system. The system thus comprised the feed gas with admixtures and the components of the liquid sample. This controlled atmosphere allowed the investigation of the source of the reactive oxygen species induced in aqueous solutions by He-water vapor plasma. The use of isotopically labelled water allowed distinguishing between the species originating in the gas phase and those formed in the liquid. The plasma equipment was contained inside a Faraday cage to eliminate possible influence of any external field. The setup is versatile and can aid in further understanding the cold plasma-liquid interactions chemistry.

An experimental setup was created for the helium-operated kHz frequency plasma jet. The setup includes a cage for the plasma power supply and jet and an in-house built reactor to monitor plasma-induced reactive species without the interference of the ambient atmosphere.

لإعداد البلازما الضغط الجوي المعنية بالتحقيق في تشكيل أنواع رد الفعل

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. ...

Spark Plasma Sintering Apparatus Used for the Formation of Strontium Titanate Bicrystals

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with one twist grain boundary. This apparatus utilizes high uniaxial pressure and a pulsed direct current for rapid consolidation of material. Diffusion bonding of strontium titanate bicrystals without fracture, in a spark plasma sintering apparatus, is possible at high pressures due to the unusual temperature dependent plasticity behavior of strontium titanate. We demonstrate a method for the successful formation of bicrystals at accelerated time scales and lower temperatures in a spark plasma sintering apparatus compared to bicrystals formed by conventional diffusion bonding parameters. Bond quality was verified by scanning electron microscopy. A clean and atomically abrupt interface containing no secondary phases was observed using transmission electron microscopy techniques. Local changes in bonding across the boundary was characterized by simultaneous scanning transmission electron microscopy and spatially resolved electron energy-loss spectroscopy.

A viable technique for the formation of strontium titanate bicrystals at high pressure and fast heating rate via the spark plasma sintering apparatus is developed.

سبارك البلازما التكلس جهاز يستخدم لتشكيل سترونتيوم تيتانات Bicrystals

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with ...

Pool-Boiling Heat-Transfer Enhancement on Cylindrical Surfaces with Hybrid Wettable Patterns

In this study, pool-boiling heat-transfer experiments were performed to investigate the effect of the number of interlines and the orientation of the hybrid wettable pattern. Hybrid wettable patterns were produced by coating superhydrophilic SiO2 on a masked, hydrophobic, cylindrical copper surface. Using de-ionized (DI) water as the working fluid, pool-boiling heat-transfer studies were conducted on the different surface-treated copper cylinders of a 25-mm diameter and a 40-mm length. The experimental results showed that the number of interlines and the orientation of the hybrid wettable pattern influenced the wall superheat and the HTC. By increasing the number of interlines, the HTC was enhanced when compared to the plain surface. Images obtained from the charge-coupled device (CCD) camera indicated that more bubbles formed on the interlines as compared to other parts. The hybrid wettable pattern with the lowermost section being hydrophobic gave the best heat-transfer coefficient (HTC). The experimental results indicated that the bubble dynamics of the surface is an important factor that determines the nucleate boiling.

Pool-boiling heat-transfer experiments were carried out to observe the effects of hybrid wettable patterns on the heat-transfer coefficient (HTC). The parameters of investigation are the number of interlines and the pattern orientation of the modified wettable surface.

تعزيز بركة الغليان نقل الحرارة على أسطواني السطوح مع أنماط قابل للبلل الهجين

In this study, pool-boiling heat-transfer experiments were performed to investigate the effect of the number of interlines and the orientation of the ...

New Application of an Atmospheric Pressure Plasma Jet as a Neuro-protective Agent Against Glucose Deprivation-induced Injury of SH-SY5Y Cells

The atmospheric pressure plasma jet (APPJ) has attracted the attention of many researchers from multiple disciplines in recent years because its emissions include multiple types of reactive nitrogen species (RNS) and reactive oxygen species (ROS). Our previous study has shown the cytoprotective effect of the APPJ against oxidative stress-induced injuries. The aim of the present study is to provide a detailed in vitro treatment protocol regarding the neuroprotective applications of helium APPJs on glucose deprivation-induced injury in SH-SY5Y cells. The SH-SY5Y human neuroblastoma-derived cell line was maintained in RPMI 1640 medium supplemented with 15% fetal calf serum. The culture medium was then changed to RPMI 1640 without glucose before APPJ treatment. After a 1 h incubation in a cell incubator, cell viability was determined using Cell Counting Kit 8. The results showed that, compared to the glucose deprivation group, cells treated with APPJ exhibited significantly increased cell viability in a dose-dependent manner, with 8 s/well observed as an optimal dose. Meanwhile, helium flow had no effect on the glucose deprivation-induced cell impairment. Our results indicated that APPJ could be potentially used as a treatment method for the diseases in the central nervous system related to glucose deprivation. This protocol could also be used as a cytoprotective application for other cells with different impairments, but the cell culture and APPJ treatment conditions should be readjusted, and the treatment dose must be relatively low.

A protocol for the neuroprotective application of low-dose atmospheric pressure plasma treatment on glucose deprivation-induced SH-SY5Y injuries.

تطبيق جديد لطائرة البلازما الضغط الجوي كعامل العصبية واقية ضد الإصابات الناجمة عن الحرمان الجلوكوز خلايا ش SY5Y

The atmospheric pressure plasma jet (APPJ) has attracted the attention of many researchers from multiple disciplines in recent years because its emissions ...