近日，西安光機(jī)所瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員湯潔課題組，在等離子體基礎(chǔ)前沿及低溫等離子體器件研發(fā)方面取得進(jìn)展，相關(guān)研究成果以Atmospheric diffuse plasma jet formation from positive-pseudo-streamer and negative pulseless glow discharges為題，發(fā)表在Communications Physics上。西安光機(jī)所為第一完成和通訊單位。 

作為一種新型的、經(jīng)濟(jì)的、便捷的等離子體發(fā)生技術(shù)，常壓低溫等離子體射流在材料加工與改性、薄膜層積、納米顆粒制造、器械表面洗消、生物組織結(jié)構(gòu)與功能恢復(fù)、微生物誘變育種等眾多領(lǐng)域具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。彌散、均勻、大面積低溫等離子體射流的研發(fā)，一直以來為本學(xué)科領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。人們通常基于流注耦合模型，采用降低電離率或提高預(yù)電離水平的方法來獲取彌散等離子體。但常壓下的氣體放電極易收縮成細(xì)絲，阻礙彌散等離子體的形成，成為制約均勻大面積等離子體器件研發(fā)的首要因素。

該課題組打破基于流注耦合模型產(chǎn)生彌散等離子體的傳統(tǒng)思維，提出雙極性擴(kuò)散離子牽引與雪崩電離離子補(bǔ)償彌散等離子體形成新機(jī)制，通過對(duì)載氣流速的精準(zhǔn)調(diào)控，及細(xì)絲形態(tài)的有效約束，在載氣流速與離子電遷移速度可比的特定條件下，實(shí)現(xiàn)彌散等離子體的產(chǎn)生，并研發(fā)出低廉高效的彌散等離子體發(fā)生器件。該工作的關(guān)鍵點(diǎn)在于：控制載氣流速與離子電遷移速度可比，殘余帶電正離子增加正流注放電通道邊緣的雙極性擴(kuò)散效應(yīng)，促進(jìn)通道中電子的徑向擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)通道的徑向擴(kuò)充；正流注頭部的徑向擴(kuò)展弱化頭部的電場(chǎng)強(qiáng)度，阻止流注進(jìn)一步發(fā)展；殘余帶電正離子補(bǔ)償電子雪崩中的遷移離子，弱化負(fù)流注頭部的電場(chǎng)強(qiáng)度，阻礙流注的形成。

該研究突破了常壓下難以形成彌散等離子體的瓶頸問題，為均勻、大面積等離子體器件的研發(fā)提供了新思路，為低溫等離子體技術(shù)應(yīng)用的推廣起到促進(jìn)作用。雜志審稿人對(duì)該項(xiàng)研究工作給予了高度評(píng)價(jià)。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、陜西省自然科學(xué)基金、中科院光譜成像技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金等的支持。

論文鏈接：http://www.nature.com/articles/s42005-021-00566-8