北京卓立漢光儀器有限公司（以下簡稱卓立漢光）于8月24日-25日在南京舉辦第四屆“逐夢光電”國產(chǎn)光電分析儀器研制與應用研討會。來自大連理工大學物理學院的楊德正教授在會議期間接受卓立漢光《視點前沿》欄目的采訪，就課題組在大氣壓等離子體源研發(fā)中的經(jīng)驗和成果與大家進行了分享。
 

大氣壓放電等離子體技術(shù)：為了人類和地球的健康

楊德正教授帶領(lǐng)課題組主要致力于大氣壓等離子體診斷、等離子體新型吸附材料制備與改性、等離子體有機污染物控制、等離子體輔助痕量污染物檢測、等離子體固氮等研究。對于大氣壓等離子體源的產(chǎn)生和診斷，楊老師說：“這方面我們和卓立漢光的設備結(jié)合較多。我們采用高壓放電，在大氣壓產(chǎn)生等離子體，采用卓立漢光光譜儀以及激光診斷系統(tǒng)，研究等離子體成分、電子密度以及擊穿機制等，為科研工作者做應用以及等離子體源的開發(fā)做指導。” 等離子體另外一個應用方向，是解決人體健康及環(huán)境污染中的亟需問題。比如，利用等離子體，針對一些功能特異性的吸附材料進行改性。“針對室內(nèi)空氣中痕量污染物，因為濃度特別低，只能通過吸附的方式進行富集。而我們的技術(shù)亮點就是采用氣體溫度接近室溫的等離子體進行改性，經(jīng)過改性以后，材料吸附能力和吸附容量比改性前提高很多倍。我們在新冠期間還做了新冠病毒的吸附材料。”楊老師還對等離子體在環(huán)境污染中的應用進行了簡單介紹。”環(huán)境污中的應用主要包括檢測以及控制。控制方面主要是把水、大氣、土壤里的有機物，通過等離子體的強氧化作用分解掉。檢測方面是采用等離子體進行激發(fā)，去探測相關(guān)的光譜，對痕量元素或者常規(guī)元素進行分析。”
 

原位檢測&便攜性，適應復雜環(huán)境

目前有很多進行元素檢測的手段，比如原子吸收（AA），電感耦合等離子體（ICP）等技術(shù)。那么大氣壓放電等離子體技術(shù)在元素檢測上有什么優(yōu)勢呢？關(guān)于這個問題，楊老師介紹道：“IC一般屬于實驗室比較昂貴的儀器設備，需要復雜的樣品前處理過程，比如進行固體樣品的微波消解，沉淀、濃縮等步驟，很難實現(xiàn)原位的在線測量，便捷性也特別不好。現(xiàn)在我們主要做大氣壓放電等離子體，這種檢測設備結(jié)構(gòu)簡單，便攜性好，也不需要對固體進行復雜的前處理。雖然檢測限雖然沒ICP高，比如我們現(xiàn)在能做到10個ppb，這和ICP相比還是有差距。但是我們可以制作便攜性好，可進行原位在線檢測的儀器，適用于更復雜的場景。”

目前常見的元素分析方法主要是對液體樣品進行檢測，在檢測固體樣品時需要先經(jīng)過消解、。
 

等離子體源設計新思路：以實際應用為導向

等離子源是所有應用的前提，大氣壓放電等離子體技術(shù)的關(guān)鍵所在。楊老師課題根據(jù)不同應用需求，利用納秒脈沖、正弦高壓等形式激勵，開發(fā)了多種結(jié)構(gòu)的等離子體源，適用于材料改性、污染物檢測、污染物控制、飲用水處理等領(lǐng)域。關(guān)于等離子體源，楊老師以生活中常見的火花現(xiàn)象進行說明。“在生活中當開關(guān)合閘的時候產(chǎn)生的火花，就是一種*簡單的等離子體源。包括高壓放電電弧，在大氣壓空氣中非常容易產(chǎn)生等離子體源。但是這種源非常不穩(wěn)定，在實際應用比如環(huán)境和材料檢測中會對待處理物造成非常嚴重的破壞。所以我們課題組一直在做的就是要在大氣壓中產(chǎn)生穩(wěn)定的，均勻、氣體溫度又較低的源。剛才我們談到的元素分析，需要把火花弧光變得非常穩(wěn)定，不能是瞬態(tài)的一個過程。針對水中污染物控制，我們要做氣液放電的等離子體源。而針對氣體污染物的控制，我們做了很多DBD（Dielectric Barrier Discharge，線性等離子體）的等離子體源。對于一些熱敏感材料，我們需要設計氣體溫度接近室溫的額等離子體源。”
 

校企合作促進科研成果產(chǎn)業(yè)化

關(guān)于校企合作的問題，楊老師給予了我們十分積極的反饋：“我們科研工作主要偏重大氣壓放電等離子體源的部分，在源的設計方面我們有擅長的地方。但是剛才講到的元素分析以及原子光譜相關(guān)的儀器，還需要后端的光譜儀及檢測器來完成，而后端這部分恰恰不是我們擅長的。這方面你們儀器公司才是專長。我們高校負責前端，企業(yè)負責后端，各取所長，這也是校企結(jié)合的一個非常好的切入點，也能更快促進大氣壓放電等離子體技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。”
 

結(jié)束語

除了要負責課題組的科研工作，楊老師作為大連理工大學物理學院副院長，同時也要處理很多學院的事情，經(jīng)常加班到深夜。但是正是出于對科研的熱愛，讓楊老師課題組在大氣壓等離子體研究中取得了不斐的成績，他也擔任了大連理工大學國家重點學科“等離子體物理”——大氣壓等離子體物理方向負責人。我們也期待大氣壓放電等離子技術(shù)在未來擁有更廣闊的應用前景，為人類和地球的健康貢獻力量。