Оцінка електронної густини, температури та електричних характеристик дугової плазми з кремнієм при атмосферному тиску
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.289006Ключові слова:
дуговий розряд, кремнеземна затравка, електронна густина, електронна температура, зонди ЛенгмюраАнотація
Плазмова технологія стоїть на передньому краї численних промислових застосувань, пропонуючи різноманітні рішення від обробки матеріалів до аерокосмічної техніки. У цьому дослідженні використовується єдина методика зонда Ленгмюра, що працює при атмосферному тиску, для ретельного вивчення трансформаційного впливу засівання кремнезему на низькотемпературну дугову плазму. Дослідження розкриває динамічну взаємодію електронів та іонів у плазмі, розкриваючи ключові електричні властивості. Електричні властивості ВАХ плазми дуг перед затравкою, що має плаваючу напругу –39 В, демонструють електронні та іонні струми для різних напруг зонда. Розрахована густина електронів становить 2,11×1013 м–3, а температура електронів становить 6,25 еВ. ВАХ показує плаваючий потенціал приблизно –35 В і –37 В після затравки дугової плазми з використанням кремнезему в присутності порошку та зерна оксиду алюмінію (2 % за вагою) відповідно. Після посіву було виявлено, що температура електронів падає до 1,18 еВ для порошку, тоді як 1,16 еВ для зерна, а густина електронів зростає до 2×1016 м–3 для порошку та 1,84×1016 м–3 для зерна. Крім того, спостерігається помітне падіння температури електронів і помітне підвищення густини електронів. Ця нерівноважна поведінка пов’язана з каталітичною функцією кремнезему, яка посилюється присутністю оксиду алюмінію. Крім того, підвищена іонізуюча активність, спричинена непружними електронними зіткненнями, призводить до того, що температура електронів у плазмі дуг, засіяних кремнеземом, зростає з напругою розряду. Ці висновки можуть мати важливе значення для вдосконалення плазмових технологій у різноманітних промислових застосуваннях, оскільки вони надають глибоку інформацію про те, як засівання кремнезему впливає на властивості дугової плазми
Спонсор дослідження
- Financial support of the University Grants Commission (UGC), Nepal is very much appreciated.
Посилання
- Shah, A. K., Shrestha, R., Sah, R. L., Nakarmi, J. J., Mishra, L. N. (2022). Experimental study of dielectric barrier discharge in an atmospheric air pressure and its electrical characterization. JP Journal of Heat and Mass Transfer, 30, 135–150. doi: https://doi.org/10.17654/0973576322060
- Dolai, B., Prajapati, R. P. (2017). Rayleigh-Taylor instability and internal waves in strongly coupled quantum plasma. Physics of Plasmas, 24 (11). doi: https://doi.org/10.1063/1.5000414
- Thakur, G., Khanal, R., Narayan, B. (2019). Characterization of Arc Plasma by Movable Single and Double Langmuir Probes. Fusion Science and Technology, 75 (4), 324–329. doi: https://doi.org/10.1080/15361055.2019.1579623
- Mishra, L. N., Shibata, K., Ito, H., Yugami, N., Nishida, Y. (2003). Characteristics of electron cyclotron resonance plasma generated in a rectangular waveguide by high-power microwave. Review of Scientific Instruments, 75 (1), 84–89. doi: https://doi.org/10.1063/1.1630858
- Brockhaus, A., Borchardt, C., Engemann, J. (1994). Langmuir probe measurements in commercial plasma plants. Plasma Sources Science and Technology, 3 (4), 539–544. doi: https://doi.org/10.1088/0963-0252/3/4/011
- Ben Salem, D., Carton, O., Fakhouri, H., Pulpytel, J., Arefi-Khonsari, F. (2014). Deposition of Water Stable Plasma Polymerized Acrylic Acid/MBA Organic Coatings by Atmospheric Pressure Air Plasma Jet. Plasma Processes and Polymers, 11 (3), 269–278. doi: https://doi.org/10.1002/ppap.201300064
- Shakya, A., Baniya, H. B., Pradhan, S. P., Basnet, N., Adhikari, R., Subedi, D. P., Regmi, S. (2022). Cold Plasma as a Practical Approach to Cancer Treatment. Plasma Medicine, 12 (4), 57–73. doi: https://doi.org/10.1615/plasmamed.2023047628
- Olszewski, P., Li, J. F., Liu, D. X., Walsh, J. L. (2014). Optimizing the electrical excitation of an atmospheric pressure plasma advanced oxidation process. Journal of Hazardous Materials, 279, 60–66. doi: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.06.059
- Mizuno, A., Yamazaki, Y., Ito, H., Yoshida, H. (1992). AC energized ferroelectric pellet bed gas cleaner. IEEE Transactions on Industry Applications, 28 (3), 535–540. doi: https://doi.org/10.1109/28.137431
- Francke, K.-P., Miessner, H., Rudolph, R. (2000). Plasmacatalytic processes for environmental problems. Catalysis Today, 59 (3-4), 411–416. doi: https://doi.org/10.1016/s0920-5861(00)00306-0
- Boutonnet Kizling, M., Järås, S. G. (1996). A review of the use of plasma techniques in catalyst preparation and catalytic reactions. Applied Catalysis A: General, 147 (1), 1–21. doi: https://doi.org/10.1016/s0926-860x(96)00215-3
- Bromberg, L., Cohn, D. R., Rabinovich, A., O’Brie, C., Hochgreb, S. (1998). Plasma Reforming of Methane. Energy & Fuels, 12 (1), 11–18. doi: https://doi.org/10.1021/ef9701091
- Korzhyk, V., Khaskin, V., Grynyuk, A., Ganushchak, O., Peleshenko, S., Konoreva, O. et al. (2021). Comparing features in metallurgical interaction when applying different techniques of arc and plasma surfacing of steel wire on titanium. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (12 (112)), 6–17. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.238634
- Schmidt-Szałowski, K., Borucka, A., Jodzis, S. (1990). Catalytic activity of silica in ozone formation in electrical discharges. Plasma Chemistry and Plasma Processing, 10 (3), 443–450. doi: https://doi.org/10.1007/bf01447202
- Gruenwald, J., Reynvaan, J., Geistlinger, P. (2018). Basic plasma parameters and physical properties of inverted He fireballs. Plasma Sources Science and Technology, 27 (1), 015008. doi: https://doi.org/10.1088/1361-6595/aaa332
- Nagi, Ł., Kozioł, M., Zygarlicki, J. (2020). Comparative Analysis of Optical Radiation Emitted by Electric Arc Generated at AC and DC Voltage. Energies, 13 (19), 5137. doi: https://doi.org/10.3390/en13195137
- Armijo, K., Clem, P., Kotovsky, D., Demosthenous, B., Tanbakuchi, A., Martinez, R., Muna, A., LaFleur, C. (2019). Electrical Arc Fault Particle Size Characterization. doi: https://doi.org/10.2172/1592574
- Shigeta, M., Hirayama, Y., Ghedini, E. (2021). Computational Study of Quenching Effects on Growth Processes and Size Distributions of Silicon Nanoparticles at a Thermal Plasma Tail. Nanomaterials, 11 (6), 1370. doi: https://doi.org/10.3390/nano11061370
- Shigeta, M., Tanaka, M., Ghedini, E. (2019). Numerical Analysis of the Correlation between Arc Plasma Fluctuation and Nanoparticle Growth–Transport under Atmospheric Pressure. Nanomaterials, 9 (12), 1736. doi: https://doi.org/10.3390/nano9121736
- Asai, S., Miyasaka, F., Nomura, K., Ogino, Y., Tanaka, M., Shigeta, M., Yamane, S. (2020). Recent Progresses of Welding and Joining Engineering. Journal of the Japan Welding Society, 89 (5), 322–335. doi: https://doi.org/10.2207/jjws.89.322
- Shigeta, M. (2018). Modeling and simulation of a turbulent‐like thermal plasma jet for nanopowder production. IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 14 (1), 16–28. doi: https://doi.org/10.1002/tee.22761
- Shigeta, M. (2020). Simulating Turbulent Thermal Plasma Flows for Nanopowder Fabrication. Plasma Chemistry and Plasma Processing, 40 (3), 775–794. doi: https://doi.org/10.1007/s11090-020-10060-8
- Porrang, S., Rahemi, N., Davaran, S., Mahdavi, M., Hassanzadeh, B., Gholipour, A. M. (2021). Direct surface modification of mesoporous silica nanoparticles by DBD plasma as a green approach to prepare dual-responsive drug delivery system. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 123, 47–58. doi: https://doi.org/10.1016/j.jtice.2021.05.024
- Banerjee, S., Adhikari, E., Sapkota, P., Sebastian, A., Ptasinska, S. (2020). Atmospheric Pressure Plasma Deposition of TiO2: A Review. Materials, 13 (13), 2931. doi: https://doi.org/10.3390/ma13132931
- Dasgupta, D., Peddi, S., Saini, D. K., Ghosh, A. (2022). Mobile Nanobots for Prevention of Root Canal Treatment Failure. Advanced Healthcare Materials, 11 (14). doi: https://doi.org/10.1002/adhm.202200232
- Kumaresan, L., Shanmugavelayutham, G., Surendran, S., Sim, U. (2022). Thermal plasma arc discharge method for high-yield production of hexagonal AlN nanoparticles: synthesis and characterization. Journal of the Korean Ceramic Society, 59 (3), 338–349. doi: https://doi.org/10.1007/s43207-021-00177-7
- Huang, Y., Li, Q., Xue, X., Xu, H., Huang, J., Fan, D. (2022). Electrostatic probe analysis of SiO2 activating flux powders transition behavior in Powder Pool Coupled Activating TIG alternating current arc plasma for aluminum alloy. Journal of Manufacturing Processes, 84, 600–609. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2022.10.029
- Conversano, R. W., Lobbia, R. B., Kerber, T. V., Tilley, K. C., Goebel, D. M., Reilly, S. W. (2019). Performance characterization of a low-power magnetically shielded Hall thruster with an internally-mounted hollow cathode. Plasma Sources Science and Technology, 28 (10), 105011. doi: https://doi.org/10.1088/1361-6595/ab47de
- Fauchais, P. (1984). Applications physico-chimiques des plasmas d’arc. Revue de Physique Appliquée, 19 (12), 1013–1045. doi: https://doi.org/10.1051/rphysap:0198400190120101300
- Hassouba, M. A., Galaly, A. R., Rashed, U. M. (2013). Analysis of cylindrical Langmuir probe using experiment and different theories. Plasma Physics Reports, 39 (3), 255–262. doi: https://doi.org/10.1134/s1063780x13030033
- Honglertkongsakul, K., Chaiyakun, S., Witit-anun, N., Kongsri, W., Limsuwan, P. (2012). Single Langmuir Probe Measurements in an Unbalanced Magnetron Sputtering System. Procedia Engineering, 32, 962–968. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.02.039
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Vijay Kumar Jha, Lekha Nath Mishra, Bijoyendra Narayan, Saddam Husain Dhobi, Arun Kumar Shah, Susmita Jha
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.