On phenomena in ionized gases

3.

 

Results 

The analysis of colloidal nanoparticles exhibits 

a  narrow  size  distribution  which  is  suitable  for 

antibacterial 

applications. 

Moreover, 

the 

preliminary results of roughness and contact angle 

demonstrate  appropriate  change  for  nanoparticle 

impregnation on multiple polymers. Tests done on 

polymers 

impregnated 

with 

nanoparticles 

emphasize  third  method  as  the  best  impregnated 

sample. 

4.

 

Conclusion 

The presented research shows that chosen methods 

are  a  good  alternative  for  the  preparation  of 

antibacterial  coatings  on  polymers.  Roughness 

measurements displays interesting results, where a 

sample made with second method has roughness 20 

times higher than untreated polymer, and two times 

higher  than  polymer  treated  only  with  plasma. 

Meanwhile,  SEM  analysis  highlights  the  third 

method as the best choice for a quick new route to 

antibacterial coatings. 

386

XXXIII ICPIG, July 9-14, 2017, Estoril/Lisbon, Portugal 

 

 

Ionic composition of the spatial afterglow of an atmospheric pressure 

He/CO

2

 plasma jet by mass spectrometry 

 

A. Hecimovic

1,2

, E. Carbone

 P

1

P

, G. Willems

P

2

P

, K. Sgonina

2

, J. Benedikt

P

2

P,,

 

 

P

1

P

 Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Boltzmannstr 2, 85748 Garching, Germany 

P

2

P

 Institute for Experimental physics II, Ruhr-University Bochum, Bochum, Germany 

 

In this contribution,  we report on the  first measurements  of the dominant positive  ions in the 

effluent  of a helium  atmospheric pressure plasma jet  (APPJ)  discharge with CO

2

  addition. The 

plasma is ignited in a He-CO

2

 gas mixture with CO

2

 flows from 0.1 – 0.5 %. The measurement of 

the positive ions in the effluent of the jet, at distances from 1 mm to 5 mm is performed using an 

energy resolved mass spectrometer with 2 pumping stages. It is found that at  1 mm distance the 

dominant ions in the effluent are O

2

+

 ions, and the C

x

O

y

+

 related observed ions are CO

2

+

, C

2

O

2

+

, 

(CO

2

)O

2

+

 and (CO

2

)

2

+

 ions. The key finding is that the most abundant ions are C

2

O

2

+

, (CO

2

)O

2

+

. 

Due to presence of residual water in the system, many clustered ions have been observed as well, 

such as (H

2

O)

2

H

+

, (H

2

O)O

2

+

, (CO

2

)(H

2

O)H

+

 and (CO

2

)

2

(H

2

O)O

+

. 

 

1. Introduction 

CO

2

  plasma gas conversion  carries the promise 

of both energy storage and the reduction of a 

greenhouse gas emission produced by industrial 

processes  and power plants. Both for the accurate 

description of the plasma dynamics via modelling or 

through plasma diagnostics, it is necessary to have 

an accurate description of electron kinetics. In that 

respect, it is necessary  to know the ionic 

composition which will govern recombination rates. 

In this contribution,  we investigate the positive 

ions composition in the effluent of an APPJ  jet  [1] 

in He+CO

2

  gas mixture using energy resolved ion 

mass spectrometry. 

The  μ-APPJ comprises two RF 

powered (13.56 MHz) metallic electrodes separated 

by a 1 mm wide gap. The plasma is ignited between 

the electrodes in a gas mixture of interest. 

Mass spectrometry  of atmospheric pressure 

plasmas has been used for sampling of stable neutral 

and ion species by using differentially pumped 

multiple stages [2]. Mass spectrometry has the 

advantage of measuring the absolute densities of 

neutral species, but with limitation on measuring 

them only in the plasma effluent. Using a molecular 

beam  mass spectrometer  for  neutral species, the 

neutral species composition of the APPJ in He+CO

2

 

gas mixture was measured  and conversion rates are 

obtained. 

 

2. Results 

The measurement of positive ions in the effluent 

of the jet, at  distances  from 1 mm to 5 mm is 

performed using an energy resolved ion mass 

spectrometer. The ion signal intensities is optimized 

for each ion mass and correlated to the area of the 

energy resolved ionic distribution function. 

 

Figure 1. Mass spectrum with  0.1% CO

2

/He gas 

flow ratio and measured at 1 mm from the outlet.  

 

The first observation is that Helium ions are not 

observed. This is due to their efficient charge 

transfer reactions will all molecular species present 

in the discharge and its effluent. It is found that at 1 

mm distance the dominant ions in the effluent are 

O

2

+

  ions, and the C

x

O

y

+

  ions. Due to presence 

residual  water in the system, many water based ion 

clusters have been observed additionally. Increasing 

the distance and increasing  the CO

2

  flow result  in 

the  reduction  of the C

x

O

y

+

  ions  (probably due to a 

decrease of the electron density)  and dominance of 

C

x

H

y

O

z

+

 related ion clusters. 

 

3. References 

[1]  von der Gathen V S, Schaper L, Knake N, 

Reuter S, Niemi K, Gans T and Winter J 2008 

Journal of Physics D: Applied Physics 41 194004 

 [2]  Benedikt J, Hecimovic A, Ellerweg D and 

von Keudell A 2012 Journal of Physics D: Applied 

Physics 45 403001. 

Topic 10 

387

XXXIII ICPIG, July 9-14, 2017, Estoril/Lisbon, Portugal 

 

 

Synthesis and Characterization of Photocatalytic Titanium Oxide Thin Film 

Deposited on Glass by Atmospheric Pressure Plasma CVD 

 

Seongchan Kang

1

, Rodolphe Mauchauffé

1

, Se Youn Moon

1,2* 

 

1 

Plasma Experiment and Device Application Lab, Department of Applied Plasma Engineering, Chonbuk National 

University,  

2

 Department of Quantum System Engineering, Chonbuk National University, 

567 Baekje-daero, Deokjin-gu, Jeonju, Jeollabuk-do, 561-756, Republic of Korea 

*Corresponding author email: 

[e-mail]

 

 

Herein, we report on the deposition and characterization of titanium oxide  thin  films  deposited  by  atmospheric 

pressure plasma CVD and on the study of their photocatalytic properties. 

This access permits deposition at lower temperatures and easy  than  normally used in atmospheric pressure based 

processing. The surface morphology is evidenced by SEM. The transmittance of thin film as well as the material 

band gap are determined by UV/Vis spectroscopy. The chemical composition is obtained by X-ray Photoelectron 

Spectroscopy  and  the  crystallinity  is  assessed  by  X-ray  Diffraction  and  Raman  spectroscopy.  Methylene  blue 

degradation in water is performed and monitored by UV/Vis measurement in order to assess the photocatalytic 

properties of the deposited  material. 

 

1. Introduction 

 

Titanium dioxide, TiO

2

, has received much attention 

during  the  last  years  due  to  its  photocatalytic 

properties.  Indeed,  various  applications  can  be 

obtained  by  deposition  of  TiO

2

  thin  films  such  as 

self-cleaning  surfaces  and  pollutant  degradation. 

Atmospheric  pressure  plasma  deposition  appears  to 

be  a  versatile  environmentally  friendly  process  for 

low-cost  and  high  rate  deposition  of  photoactive 

mental oxide thin films [1,2] 

The  majority  of  works  in  this  area  has  been 

conducted  using  vacuum  systems,  which  leads  to 

many limitations, e.g. high running costs, compared 

to atmospheric pressure processes. 

In  this  work,  deposition  was  performed  at 

atmospheric  pressure,  facilitating  in-line  process 

implementation.  

 

2.Experimental Part 

 

 

Figure1. Schematic diagram of atmospheric pressure plasma 

 

3. Conclusion 

 

In  conclusion,  the  atmospheric  pressure  approach 

reported here appears to be a promising method for 

the  deposition  of  titanium  oxide  thin  films  for 

photocatalytic applications. 

 

4. References 

 

[1] H Fakhouri, ‘Highly efficient photocatalytic TiO2 

coatings deposited by open air atmospheric pressure 

plasma jet with aerosolized TTIP precursor’, J. Phys. 

D: Appl. Phys., 47, 265301, 2014 

[2]  Q  Chen,  ‘Deposition  of  photocatalytic  anatase 

titanium  dioxide  films  by  atmospheric  dielectric 

barrier discharge’, Surf. Coat. Tech., 310, 173–179, 

2017 

14 

388

XXXIII ICPIG, July 9-14, 2017, Estoril/Lisbon, Portugal 

 

A study on the characteristics of hollow cathode discharge for the 

development of VUV lamp 

 

Deoggyun Cho

1

, Duksun Han

1 

and Se Youn Moon

1,2,*

 

 

1

Department of Applied Plasma Engineering, Chonbuk National University, Korea 

2

Department of Quantum System Engineering, Chonbuk National University, Korea 

 

The VUV light source can provide a variable for measuring the density of oxygen based on the theory 

of the absorption spectroscopy. The VUV light source consists of hollow cathode biased by negative 

voltage and grounded plate to generate high density plasma. Characteristic of hollow cathode is one 

of the important variables of the VUV light source, which affects the performance of light sources 

according  to  the  characteristic  of  the  gas-discharge  light  source.  The  characteristics  of  plasma 

discharge were determined by checking the composition of the molecules and the composition of the 

particles according to the electrical characteristics and the wavelength of the cases by using optical 

emission spectroscopy, and the plasma temperature was measured accordingly. In particular, it was 

confirmed that the possibility of controlling the plasma VUV light in the 130 nm wavelength region 

was verified, and the possibility of using the plasma discharge as a VUV lamp was verified. 

 

1. Introduction

 

Ultraviolet(UV)  is  an  electromagnetic  radiation 

with a wavelength from 10nm to 400nm, shorter than 

that  of  visible  light  but  longer  than  X-rays. 

Long-wavelength  ultraviolet  radiation  can  cause 

chemical  reaction  and  causes  many  substances  to 

glow  or  fluoresce.  Ionized  gas  is  macroscopically 

neutral  that  contains  ions,  electron,  neutral,  photon 

and  radicals.  The  parameters  of  UV  absorption 

spectroscopy  are  supported  to  etch  rate,  offering 

potential 

for 

control 

and 

optimization 

of 

semiconductor processing. A hollow cathode lamp is 

type  of  lamp  used  in  physics  and  chemistry  as 

spectral line source and as a frequency tuner for light 

sources  such  as  lasers.  Atomic  absorption  lines  are 

very  narrow.  For  the  Beer-Lambert  law  to  be 

applicable,  the  bandwidth  of  the  source  should  be 

narrow  in  comparison  with  the  width  of  the 

absorption peak. Otherwise, the signal-to-noise ratio 

and the slope of the calibration curve would be low; 

the resulting sensitivity would be poor.  

 

2. Experiment setup

 

A  schematic  diagram  of  UV  absorption 

spectroscopy  is  presented.  It  is  consists  of  VUV 

monochromator,  plasma  chamber  and  hollow 

cathode.  The  type  of  the  plasma  is  ICP  and  the 

frequency is 13.56MHz. The helium and oxygen gas 

flow  rate  is  controlled  by  independent  mass  flow 

controller.  The  monochromator  is  connected  to  the 

ICP  chamber  with  hollow  cathode  to  obtain  VUV 

emission lines. 

   

Figure1. 

Schematic diagram of VUV lamp 

 

3. Result and discussion  

We  conclude  that  above  currents    of  mA  breaks 

down  and  discharge  begin  to  develop  from  the 

appearance  of  the  discharges  in  the  hollow  cathode 

and  measured  current-voltage  characteristics.  The 

range  of  the  pressure  is  showed  from  10Torr  to 

100Torr.  The  kinds  of  gas  are  helium  and  O2. 

Spectral measurements have been performed using a 

250-900nm  Princeton  Instruments  SCT  320.  The 

difference of the glow mode and hollow mode is the 

intensity of the wavelength. The 546nm(wavelength) 

is higher, when the mode is change by hollow mode. 

The  546nm(wavelength)  is  helium  line.  And  the 

wavelength is shifted by gas mixture (helium lonely 

&  helium  and  O2).  In  fact  we  can  analyze  the 

condition  of  plasma  by  analyzing  wavelength.  We 

use  boltzmann  plot  theory  for  the  theoretical 

verification  wavelength.  The  excitation  temperature 

is  very  important  parameter  to  analyze  the  state  of 

plasma.  We  use  NIST  atomic  spectra  database  for 

deduct  the  excitation  temperature  in  kelvin.  The 

excitation temperature of hollow mode is higher than 

the excitation temperature of glow mode. 

 

16 

389

390

Proc. of the XXXIII International Conference on Phenomena in Ionized Gases, Estoril, Portugal, July 9-14, 2017

Author Index

A

Abahazem, Alyen . . . . . . . . . . .

313

Abdirakhmanov, Assan . . . . . .

213

Abramov, A . . . . . . . . . . . . . . . .

382

Abrashev, Miroslav . . . . .

193

,

307

Adamovich, Igor . . . . . . . . . . . . .

27

Afifi, Hassan. . . . . . . . . . . . . . . .

329

Agnihotri, Ashutosh . . . . . . . . .

204

Agrosì, Giovanna . . . . . . . . . . .

255

Akamine, Shuichi . . . . . .

142

,

169

Akamine, Syuichi . . . . . . . . . . .

168

Akashi, Haruaki . . . . . . . .

192

,

215

Akildinova, Ainur . . . . . . . . . . .

217

Akishev, Yuri Semenovich . . .

183

Akopdzhanov, Artur . . . . . . . . .

196

Aleiferis, Spyros . . . . . . . . . . . . .

63

Alekseev, Nikolay Vasilievich

374

Alelyani, Layla . . . . . . . . . . . . .

296

Alemán, Belén . . . . . . . . . . . . . .

152

Alexandrov, Andrey . . . . . . . . .

371

Allen, John . . . . . . . . . . . . . . . . .

343

Almeida, Amélia . . . . . . . . . . . .

307

Almeida, Nelson . . . . . . . . . . . .

281

Almeida, Pedro . . . .

287

,

322

,

325

Álvarez, Rafael . . . . . . . . . . . . . .

82

Alves, Luís L. . . . . .

205

,

243

,

274

Amirov, Ravil. . . . . . . . . . . . . . .

171

Amrenov, Askhat . . . . . . . . . . .

100

Anastassiou, Charalambos . . .

308

Andreev, Sergey . . . . . . . . . . . .

338

Andrey, Choukourov . . . . . . . . .

75

Anghel, Sorin Dan . . . . . . . . . .

175

Angot, Julien . . . . . . . . . . . . . . . .

63

Annaloro, Julien . . . . . . . . . . . .

264

Aoqui, Shin-Ichi. . . . . . . .

212

,

285

Arai, Kotaro . . . . . . . . . . . . . . . .

141

Artemyev, Konstantin. . . . . . . .

196

Artico, Riccardo . . . . . . . . . . . .

368

Arumugam, Saravanakumar . .

229

Astafiev, Alexander . . . . . . . . . . .

85

Atanasova, Mariana . . . . . . . . . .

87

Athanasopoulos, Dimitrios . .

206

,

207

Aubert, Xavier . . . . . . . . . . . . . .

291

Aubry, Olivier . . . . . . . . . . .

25

,

228

Awasthi, L M . . . . . . . . . . . . . . .

134

Ayllon, Rolando . . . . . . . . . . . .

312

Azuma, Shiori . . . . . . . . . . . . . .

146

B

Baalrud, Scott . . . . . . . . . .

328

,

377

Babaeva, Natalia . . . .

15

,

197

,

198

Babinov, Nikita A. . . . . . . . . . .

369

Bae, Hansin . . . . . . . . . . . . . . . . .

57

Baeva, Margarita . . . . . . .

149

,

244

Bagheri, Behnaz . . . . . . . . . . . .

306

Baitha, Anuj Ram . . . . . . . . . . .

177

Ballesteros, Jerónimo . . . . . . . .

247

Baloul, Yasmine . . . . . . . . . . . .

228

Bandelow, Gunnar . . . . . . . . . .

121

Barakat, Christelle . . . . . . . . . . . . .

7

Barengolts, Sergey A. . . . . . . .

156

Barnat, Ed . . . . . . . . . . . . . .

62

,

328

Barnwal, Prashant Kumar . . . .

252

Baroch, Pavel . . . . . . . . . . . . . . . .

28

Barriga-Carrasco, Manuel D. .

315

Barton, Richard . . . . . . . . . . . . . .

86

Bastykova, Nuriya. . . . . . . . . . .

227

Basurto, Eduardo. . . . . . . . . . . .

341

Batkin, Vladimir . . . . . . . . . . . .

105

Bauchire, Jean-Marc . . . .

232

,

233

Baudrillart, Benoit. . . . . . . . . . . .

69

Bauville, Gérard . . . . . . . .

195

,

291

Béchu, Stéphane . . . . . . . . .

63

,

314

Becker, Markus . . . . . . . . . . . . .

144

Beckers, Frank . . . . . . . . . . . . . . .

17

Benard, Nicolas . . . . . . . . . . . . . .

77

Bénédic, Fabien . . . . . . . . . . . . . .

69

Benedikt, Jan . . . . . . . . . . . . . . .

387

Benhenni, Malika . . . . . . . . . . .

190

Benilov, Mikhail S.

131

,

151

,

200

,

232

,

281

,

287

,

322

,

325

Benilova, Larissa. . . . . . . . . . . .

200

Benkhaldoun, Z. . . . . . . . . . . . . .

34

Benmamas, Loucif . . . . . . . . . .

309

Benova, Evgenia . . . . . . . . . . . . .

87

Benredjem, D. . . . . . . . . . . . . . . .

34

Bérard, Rémi . . . . . . . . . . . . . . .

344

Berndt, Johannes . . . . . . . . . . . . .

84

Bernshtam, Vladimir . . . . . . . .

135

Berthelot, Antonin . . . . . . .

56

,

114

Bès, Alexandre . . . . . . . . . .

63

,

314

Bharathi, P. . . . . . . . . . . . . . . . . .

365

Bhattacharjee, Sudeep . .

177

,

178

,

319

Biederman, Hynek . .

75

,

225

,

279

,

310

Bieniek, Matthew . . . . . . . . . . .

287

Biggins, Flora. . . . . . . . . . . . . . . .

63

Bílek, Petr . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

81

Bityurin, Valentin . . . . . . . . . . .

332

Bluethner, Ralf. . . . . . . . . . . . . .

290

Boata, Remus . . . . . . . . . . .

34

,

163

Bocharov, Aleksey . . . . . . . . . .

332

Boeuf, Jean Pierre . . . . . . . . . . .

173

Bogachev, Nikolay. . . . . .

196

,

338

Bogaczyk, Marc . . . . . . . .

229

,

300

Bogaerts, Annemie . .

56

,

103

,

114

Bogdanov, Todor . . . . . . . . . . . . .

87

Bokhan, Petr. . . . . . . . . . . . . . . .

371

Bonaventura, Zdenˇek . . .

5

,

76

,

81

Bonny, Laurent . . . . . . . . . . . . . .

63

Boo, Jin-Hyo . . . . . . . . . . . . . . .