On phenomena in ionized gases


Download 9.74 Mb.
Pdf ko'rish
bet17/85
Sana24.01.2018
Hajmi9.74 Mb.
#25134
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   ...   85

 

References 

[1] I.-L. Velicu, V. Tiron, B.-G. Rusu, G. Popa, 

Surf. Coat. Technol. (2017) doi:10.1016/j.surfcoat. 

2016.11.001.  

[2] I.-L. Velicu, V. Tiron, C. Porosnicu, I. Burducea, 

N. Lupu, G. Stoian, G. Popa, D. Munteanu, Appl. 

Surf. Sci. (2017), doi: 10.1016/j.apsusc.2017.01.067 

[3] V. Tiron, I.-L. Velicu, D. Stanescu, H. Magnan 

and L. Sirghi, Surf. Coat. Technol. (2017) doi: 

10.1016/j.surfcoat.2016.11.087. 

83


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

 

 

Fig 1 – SEM image of FSGs. 

Free-standing graphene: synthesis and functionalization using plasma-

based methods 

 

A. Dias



P

1,2


P

, J. Berndt

P

2

P



, E. Kovacevic

2

P



, C. Pattyn

P

2



P

, T. Strunskus

3

, J. Henriques



1

, E. Tatarova

1

 

 



P

1

P

 Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal  

P

2

P

 GREMI UMR 7344, CNRS & Université d’Orléans, Orléans, France 



3

 Institute for Materials Science - Multicomponent Materials, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Germany

 

 



In  the  present  work,  an  atmospheric  pressure  microwave  plasma-based  method  is  used  to 

synthesize free-standing graphene sheets (FSGs). The FSGs were then transferred to several types 

of  substrates  using  different  graphene  suspensions.  The  results  allowed  to  demonstrate  the 

possibility  to  use  graphene  in  future  flexible  nanodevices.  Subsequently,  the  deposited  graphene 

sheets were successfully N-functionalized and polymerized with aniline (ANI) using a capacitively 

coupled  plasma  at  low  pressure.  The  samples  were  characterized  by  transmission  and  scanning 

electron  microscopy  (TEM  and  SEM),  Raman  spectroscopy,  X-ray  photoelectron  spectroscopy 

(XPS),  near  edge  X-ray  absorption  fine  structure  spectroscopy  (NEXAFS)  and  by  contact  angle 

technique. 

 

1. Introduction 

A critical requirement for the mass production of 

graphene is the control of the synthesis processes. So 

far,  conventional  methods  used  for  the  synthesis  of 

these  2D  materials  present  several  drawbacks  most 

importantly the quite limited control on the assembly 

process. Moreover, N

2

 functionalization of graphene 



is  one  of  the  key  topics  in  materials  research,  since 

functionalized  graphene  finds  extensive  application 

in  polymer  science  and  technology  due  to  its 

extraordinary 

electrochemical 

properties 

(eg. 

polymer-graphene nanocomposites).  



Therefore, the aim of this work is to find a simple 

method for  the subsequent deposition and treatment 

of free-standing graphene sheets.  

2. Experimental 

At  first  an  atmospheric  microwave  plasma  was 

used  to  synthesize  FSGs  [1-5].  To  this  end,  a 

hydrocarbon  precursor  was  injected  into  the 

microwave 

plasma 


environment, 

where 


decomposition  processes  take  place.  The  main  part 

of  the  solid  carbon  is  gradually  dragged  into  the 

outlet  plasma  stream,  where  the  graphene  sheets 

assemble and  grow.  A  power  of  2  kW  was  applied, 

injecting  Ar  as  background  gas  and  ethanol  as 

precursor  with  a  ratio  of  10:1.  The  collected  FSGs 

(see  Fig.1)  are  deposited  using  a  simple  dispersion 

method,  which  enable  the  deposition  on  various 

substrates.  Distilled  water  and  methanol  were  used 

as solvents in this process. Subsequently, N

2

 plasma 


treatment [6] was performed to turn graphene into a 

hydrophilic  surface,  enabling  for  example  the 

adhesion  of  biomolecules. The  N

2

  plasma  treatment 



consists on placing the samples in a remote zone of a 

capacitively  coupled  plasma  (CCP)  for  different 

processing times. A RF power of 8 W was applied at 

13.56 MHz, while maintaining 0.1 mbar pressure in 

the chamber. 

The 


same 

experimental  set  up  was 

also 

used 


for 

the 


deposition  of  thin  films 

onto the graphene flakes. 

These  experiments  were 

performed  with  aniline 

as  a  precursor  for  the 

thin film synthesis. 

The  resulting  nanostructures  were  characterized  by 

SEM  and  TEM,  Raman  spectroscopy,  XPS, 

NEXAFS and contact angle measurements. 

Plasma characterization was also performed by mass 

spectrometry and optical emission spectroscopy.

 

 



References 

[1]  E.  Tatarova,  A. 

Dias  et  al. 

Nova  Science 

Publishers, ISBN: 978-1-63485-214-2 (2016). 

[2] E. Tatarova, N. Bundaleska et al. Plasma Sources 

Sci. Technol. 23, 063002 (2014). 

[3]  E.  Tatarova,  J.  Henriques,  C.C.  Luhrs,  A.  Dias, 

et al. Phys. Lett. 103, 134101 (2013). 

[4]  E.  Tatarova,  A.  Dias  et  al.  J.  Phys.  D:  Appl. 

Phys. 47, 385501 (2014).

 

[5]  A.  Dias,  N.  Bundaleski  et  al.  J.  Henriques  J. 



Phys. D: Appl. Phys. 49, 055307 (2016). 

 

[6] E. Kovačevic



́, J. Berndt et al. J. Appl. Phys. 105, 

104910 (2009). 



Acknowledgements 

Work  partially  funded  by  Portuguese  FCT  - 

Fundação  para  a  Ciência  e  a  Tecnologia,  under 

project 


UID/FIS/50010/2013 

and 


grant 

SFRH/BD/52413/2013  (PD-F  APPLAuSE)  and  by 

French  Regional  Research  Agency  through  the 

project APR Capt’Eau and ARD PIVOT.

 

Topic 14 



84

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

 

 



DBD plasma jet in helium, argon and nitrogen: energy balance and 

bactericidal activity 

 

O. Stepanova



1

, M. Pinchuk

U

2

, A. Lazukin



3

, O. Rybalchenko

1

, O. Orlova



1

, A. Astafiev

2



A. Kudryavtsev



1

 

1



 Saint Petersburg State University, Saint Petersburg, Russia  

2

 Institute for Electrophysics and Electric Power of Russian Academy of Sciences, Saint Petersburg, Russia  

3

 Moscow Power Engineering Institute, National Research University , Moscow, Russia

 

 



The  paper  presents  the  experimental  evaluations  of  bactericidal  activ ity  of  dielectric-barrier 

discharge  (DBD)  plasma  jets  in  helium,  argon  and  nitrogen  applied  to  E. coli  cells  freshly-

inoculated  on  an  agar  surface  in  a  grounded  Petri dish.  Sinusoidal high-voltage signals with the 

frequency of 7.5, 32 and 84 kHz were used to supply a plasma generator. The energy deposited into 

a discharge cell is distributed between a discharge region and a plasma jet. A balance of the energy 

changes with the varying of  the voltage frequency. The effect of the energy balance of the system 

“DBD  –  plasma  jet”  on  the  dimensions  and  purity  of  the  zones  of  bacterial  inhibition  has been 

considered. The biggest and the purest inhibition zones were obtained in the case of argon plasma 

jet.  Inhibition  zones  formed  under  the  nitrogen  plasma  jet  have  a   heavy growth of bacteria near 

their boundaries. Helium plasma jets create relatively small, but pure inhibition zones. 

 

1. Introduction 

A  dielectric-barrier  discharge  (DBD)  plasma  jet 

is usually formed  in a noble gas flow which is passed 

through a discharge gap. Two distinct spatial regions, 

a  main  discharge  and  a  plasma  jet,  can  be 

distinguished  [1].  The  energy  distribution  between 

the two regions depends on  whether a treated object 

is  grounded  or  not.  This  paper  presents  the 

experimental  evaluations  of  bactericidal  activity  of 

DBD  plasma  jets  in  helium,  argon  and  nitrogen  for 

the  case  of  the  grounding  of an additional electrode 

which  is  located  under  a  Petri  dish  with  freshly-

inoculated bacteria. 

2. Experimental setup and procedure  

To  supply  a  DBD  plasma  jet  generator,  high-

voltage  sinusoidal  power  suppliers  with  a frequency 

of  7.5,  32  and  84  kHz  were  used.  An  electrical 

scheme of the experimental setup was equipped with 

the  electrical  parameters  diagnostics.  The  energy 

deposited  into  the  discharge  and  the  energy 

transported  to  the  Petri  dish  by  the  plasma  jet  was 

calculated  using  charge–voltage  Lissajous  figures. 

To  investigate  the  effect  of  energy  balance  on  the 

bactericidal 

activity 

of 

the 


plasma 

jet, 


Escherichia сoli M17 cells freshly-inoculated on the 

agar nutrient medium in Petri dishes were used. The 

distance between the outlet of the discharge tube and 

agar  surface  was  10  mm.  The  duration  of  all 

treatments was 2 min. 

3. Results 

Bactericidal  activity  of  the  plasma  jet  was 

estimated  according  to  the  dimensions  and purity of 

the  zones  of  bacterial  inhibition.  Analysis  was 

conducted  for  the  zones  which  did  not  undergo 

heating  up  to  the  agar  melting,  so  the  modes  of 

treatments  by  the  jet which is close to the transition 

to an arc were excluded. The biggest (15-25 mm in a 

diameter)  and  the  purest  inhibition  zones  were 

obtained in the case of  the argon plasma jet. But the 

argon  plasma  jet  is  easily  transferred  into  the  arc 

with  the  increasing  of  the  voltage  frequency. 

Inhibition zones formed under the nitrogen plasma jet 

are  relatively  large  (about  15  mm  on  the  average), 

but  they  have a heavy growth of bacteria near their 

boundaries  -  they  are  not  pure.  Helium  plasma  jets 

create  small  (maximal  diameter  is 10 mm), but pure 

inhibition  zones.  Various  balances  of  the  deposited 

energy  have  been  obtained  at  the  applying  of 

voltages  with  different  voltage  frequencies.  For 

example,  for  the helium plasma jet at frequencies of 

7.5  and  32  kHz  the  energy  deposited  into  the  jet  is 

higher  than  the  amount  of energy deposited into the 

discharge,  whereas  at  84 kHz  this  ratio  is  changed. 

For  the  argon  plasma  jet  discharge energy is higher 

than  jet’s  energy  for  the  all  analyzed  values  of 

voltage frequency.  

The 


work 

was 


partially 

supported 

by 

Saint Petersburg 



State 

University 

(grant no. 0.37.218.2016) 

and 


the 

Russian 


Foundation  for  Basic  Research  (grant no.  16-08-

00870). 


4. References  

[1]  A.  Shashurin,  M.  Keidar.  Phys.  Plasmas  22 

(2015) 122002. 

17 


85

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

 

 

DBD 

plasma 


source 

Target chamber 



Efficacy of plasma-generated ozone in bioburden decontamination 

 

M. Pajak



P

1

P



, R. Barton

2

, D. A. Diver



1

, H. E. Potts

1,2

, A. Smith



 

P



1

P

 School of Physics & Astronomy, University of Glasgow, Glasgow G12 8QQ, UK  

P

2

P

 Anacail Ltd, Thomson Building, University of Glagsow, Glagsow G12 8QQ, UK 



3

Institute of Infection, Immunity and Inflammation, University of Glagow, Glasgow G12 8QQ, UK 

 

We show recent results of the efficacy of ozone, generated by cold plasma DBD discharge system, 



in the reduction of bioburden in various practical contexts. The patented plasma system is designed 

to generate ozone in situ, without endangering the operator, using the ambient air; in one configu-

ration,  the  system  can  generate significant ozone concentrations in sealed packages from the out-

side, without compromising the seal. We demonstrate the performance of this system in a variety of 

contexts, with particular relevance to high level decontamination of medical devices, and also pos-

sible applications in disinfecting plumbing components. Only the plasma effluent impinges on the 

target: the plasma does not make contact. Our experiments show effective biocidal, virucidal, my-

cobactericidal and fungicidal treatments are possible, both in vitro and in realistic conditions.  

 

1. Introduction 

Cold plasma generation of ozone has a long his-

tory, primarily in water treatment plants as an alter-

native  to  chlorination  [1].  Ozone  is  a  very  strong 

oxidising  agent  and  consequently  is  an  effective 

biocide.  However,  it  is  a  difficult  chemical  to  han-

dle,  because  not  only  is  it  extremely  hazardous  to 

humans, it has a short half-life (a matter of hours at 

room  temperature)  and  so  must  be  generated  on 

demand.  



2.1 Plasma device 

The novelty in our approach lies in the design of 

a  plasma  system  that  allows  ozone  to  be  generated 

inside sealed containers, but by an electrode system 

imposed from the outside [2]. In this system, there is 

no  requirement  to  open  the  package  for  access,  nor 

is any feedstock gas required.  The electrode system 

attaches  to  the  flexible  package  surface  by  suction, 

effectively  making  the  package  material  an  extra 

dielectric  layer.  Electric  fields  are  expressed  from 

the  electrodes  through  the  package  to  strike  a  low-

energy  plasma  in  the  interior,  which  then  generates 

ozone.  The  circulation  of  that  ozone  around  the 

package interior ensures any target contained within 

is  exposed  to  a  powerful  biocide.  Typically,  the 

ozone levels can reach in excess of 1000ppm in 20s, 

for  1  litre  packages.  The  system  used  is  shown  in 

Figure 1: treatment targets are packaged and placed 

inside  the  chamber,  attaching  to  the  electrode  plate 

via  vacuum  suction.  Treatment  cycles  are  generally 

100s, with the target left for 1 hour before retrieval 

and testing: this allows the ozone to decay naturally, 

and  prolongs  the  exposure  of  the  bioburden  to  the 

ozone. This separation of plasma treatment time and 

the  target  dwell  time  is  very  practical:  multiple, 

separate  targets  can  be  sequentially  treated  with  a 

single  plasma  source,  and  the  targets  remain  safely 

packaged whilst decontamination proceeds. 



2.2. Results 

In vitro testing under dirty conditions (3.0g/l bo-

vine albumin + 3.0ml/l sheep erythrocytes: Efficacy 

as  a  biocidal,  virucidal,  mycobatericidal  and  fungi-

cidal  device  was  demonstrated  by  testing,  via  an 

independent  accredited  microbiological  laboratory 

(BluTest  [3]),  petri  dishes  containing  Salmonella 



enteritidis  NCTC  13346,  Listeria  monocytogenes 

NCTC  7973,  Escherichia  coli  O157  NCTC  12900, 



Clostridium  difficile  NCTC  11209,  Murine  no-

rovirus s99/RAW 264.7 cells, Mycobacterium terrae 

ATCC 15755, Aspergillus brasiliensis ATCC 16404

In each case, tests were done under dirty conditions 

and  produced  at  least  a  4  log

10

 



reduction  in  viable 

organisms.  Treatment  of  inoculated  surrogate  lu-

mens (2mm, 1.5m) showed > 6 log

10

 reduction in P. 



aeruginosa, and aseptic storage exceeding 6 weeks. 

3. References 

 [1]  Gerrity  D,  Snyder  S:  Ozone-Sci  Eng  2011, 



33(4):253-266. 

[2] Patent:  Plasma generation and use of plasma 

generation apparatus WO 2011055113 A1 

[3] BluTest, Glasgow UK (UKAS No. 4597)

 

17 


86

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

 

 



Surface-wave-sustained plasma for model biological systems treatment 

 

E. Benova



1

, Y. Topalova

2

, P. Marinova



3

, Y. Todorova

2

, M. Atanasova



4

, T. Bogdanov

5

,  


I. Yotinov

2

 



 

P

1

P

 DLTIS, Sofia University, Sofia, Bulgaria  

P

2



Faculty of Biology, Sofia University, Sofia, Bulgaria  

P

3



 Faculty of Physics, Sofia University, Sofia, Bulgaria  

P

4



 Faculty of Mathematics and Informatics, Sofia University, Sofia, Bulgaria  

P

5

P

 Department of Medical Physics and Biophysics, Faculty of Medicine, Medical University – Sofia, Bulgaria 

 

Surface-wave-sustained Argon plasma torch operating at 2.45 GHz was used for treatment of Gram 



negative  and  Gram  positive  bacteria  as  model  biological  systems  to  study  the  plasma  bactericide 

effect.  In  special  discharge  conditions  we  are  able  to  produce  microwave  plasma  torch  with  gas 

temperature close to the room temperature eliminating in this way the heating of the treated object 

by the plasma. Such plasma can be used for direct treatment of living tissues and thermo-sensitive 

materials. The obtained results show good deactivation effect at direct plasma treatment of bacteria 

in  agar  and  in  bacterial  suspension.  This  means  that  at  such  discharge  conditions  the  microwave 

plasma torch can be used for direct in vivo treatment and disinfection.  

 

1. General 

Argon  plasma  torch  is  sustained  by  travelling 

electromagnetic  wave  excited  by  surfatron  type 

wave launcher at 2.45 GHz. A solid-state microwave 

generator is used at low wave power (from 12 to 40 

W) with 0 W reflected power. Argon gas flow does 

not  exceed  3.2  l/min.  At  appropriate  discharge 

conditions  a  stable  plasma  torch  with  low  gas 

temperature can be produced (Fig. 1). 

 

Fig. 1. Microwave Argon plasma torch with low gas 



temperature 

The  plasma  torch  is  applied  for  direct  treatment 

of  microorganisms  in  agar  and  in  bacterial 

suspension.  Two  model bacterial strains were used: 



Pseudomonas  sp.  AP-9  as  a  suitable  model  of 

pathogenic 

Gram 

negative 



bacteria 

and 


Brevibacillus  laterosporus  BT-271  as  a  suitable 

model  of  pathogenic  Gram  positive,  spore-forming 

bacteria.  In  all  experiments  the  treatment  time  is 

very short – less than 1 min. 

 

2. Results and discussion 

Thick  layers  of  Pseudomonas  with  density  from 

2×10

7

  to  6×10



9

  cells/ml  in  agar  plate  were  treated 

directly by the plasma torch at different wave power 

(14–22 W) and different treatment time (3–20 s). In 

Fig.  2  one  can  see  well-presented  completely 

sterilized  zones  with  diameter  depending  on  the 

wave  power  and  treatment  time.  The  later 

dependence is presented in Fig. 3. 

 

Fig. 2. Control (left) and plasma treated agar plates (right) 



with Pseudomonas sp. AP-9 

Fig. 3. Diameter of sterilization area at various wave 

power and treatment time at Pseudomonas concentration 

6×10


9

 

cells/ml



 

(left) and 

2×10

7

 



cells/ml (right) 

The diameter of the plasma torch is about 2 mm 

and  that  of  sterilized  zones  can  be  more  than  1  cm 

with  no  movement  in  radial  direction  during  the 

treatment.  The  sterilization  was  complete,  without 

any  survived  colonies  and  stable  (confirmed  by 

more than 168 hours monitoring). 

 

Acknowledgements 

This  work  was  supported  by  Bulgarian  Science 

Fund under Grant DH08/8 of 2016. 

Topic number: 17 

87


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

 

 

 

 

 



 

 

 



 

 

 



  

 

 



 

 

 

 

Dariya D. Krivoruchko, Alexander V. Skrylev 



 

Moscow Institute of Physics and Technology, 9 Institutskiy per., Dolgoprudny, Moscow Region,  

141701, Russian Federation 

 

At  preset  paper  the  excited  state  concentrations  distribution  of  a  Hall  Thruster  (HT)    at  300  W 



operating  conditions  was  investigated  by  Laser  Induced  Fluorescence  (LIF)  and  compare  with 

results  of  passive  diagnostics.  The  main  challenge  is  that  researching  object  is  non-equilibrium 

low-temperature xenon plasma: T

e

≈2-100 eV, n



≈ n


e

≈ 10


11 

cm

-3



 ,n

≈ 10



12

 cm


-3

, r


≈ 10


-5...-6

cm, that 

can't  be  describe  in  the  network  of  classical  plasma  models.  The  necessity  of      the  multilevel 

kinetic  model  is  shown.  Excited  state  population  density  of  neutral  atoms  is  at  good  agreement 

with  passive  method,  however  for  ions  due  to  its  space  anisotropy  can't  be  measurement  near 

thruster face using integral method. Stepwise ionization and excitation is observed for one charged 

Xe ions but not significant for neutral atoms.    

 


Download 9.74 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   ...   85




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling