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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中的經驗和成果與大家進行了分享。
大氣壓放電等離子體技術：為了人類和地球的健康
楊德正教授帶領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生和診斷，楊老師說：“這方面我們和卓立漢光的設備結合較多。我們采用高壓放電，在大氣壓產生等離子體，采用卓立漢光光譜儀以及激光診斷系統，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做指導。” 等離子體另外一個應用方向，是解決人體健康及環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。而我們的技術亮點就是采用氣體溫度接近室溫的等離子體進行改性，經過改性以后，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境污染中的應用進行了簡單介紹。”環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，去探測相關的光譜，對痕量元素或者常規元素進行分析。”
原位檢測&便攜性，適應復雜環境
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。那么大氣壓放電等離子體技術在元素檢測上有什么優勢呢？關于這個問題，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，很難實現原位的在線測量，便捷性也特別不好。現在我們主要做大氣壓放電等離子體，這種檢測設備結構簡單，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的關鍵所在。楊老師課題根據不同應用需求，利用納秒脈沖、正弦高壓等形式激勵，開發了多種結構的等離子體源，適用于材料改性、污染物檢測、污染物控制、飲用水處理等領域。關于等離子體源，楊老師以生活中常見的火花現象進行說明。“在生活中當開關合閘的時候產生的火花，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生等離子體源。但是這種源非常不穩定，在實際應用比如環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生穩定的，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定，不能是瞬態的一個過程。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業化
關于校企合作的問題，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，企業負責后端，各取所長，這也是校企結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的產業化。”
結束語
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。
2024-12-18
2024-11-28
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