人物专访|大连理工大学杨德正教授:探索大气压放电等离子体技术

2023-11-06 20:56:20, 光电行业都会关注 北京卓立汉光仪器有限公司


                        文丨覃冰
编辑丨小卓
发布丨卓立汉光
等离子体是固体、液体和气体三态以外的物质第四态,主要由电子、离子、原子、分子、活性自由基等组成。那么大气压放电产生的等离子体有什么特点及应用呢?来自大连理工大学物理学院的杨德正教授在逐梦光电会议期间,接受卓立汉光《视点前沿》栏目的采访,就课题组在大气压等离子体研究中的经验和成果与大家进行了分享。

大气压放电等离子体技术:为了人类和地球的健康

杨德正教授带领课题组主要致力于大气压等离子体诊断、等离子体新型吸附材料制备与改性、等离子体有机污染物控制、等离子体辅助痕量污染物检测、等离子体固氮等研究。对于大气压等离子体源的产生和诊断,杨老师说:“这方面我们和卓立汉光的设备结合较多。我们采用高压放电,在大气压产生等离子体,采用卓立汉光光谱仪以及激光诊断系统,研究等离子体成分、电子密度以及击穿机制等,为科研工作者探索应用以及等离子体源的开发做指导。” 等离子体另外一个应用方向,是解决人体健康及环境污染中的亟需问题。比如,利用等离子体,针对一些功能特异性的吸附材料进行改性。“针对室内空气中痕量污染物,因为浓度特别低,只能通过吸附的方式进行富集。而我们的技术亮点就是采用气体温度接近室温的等离子体进行改性,经过改性以后,材料吸附能力和吸附容量比改性前提高很多倍。我们在新冠期间还做了新冠病毒的吸附材料。”杨老师还对等离子体在环境污染中的应用进行了简单介绍。”环境污中的应用主要包括检测以及控制。控制方面主要是把水、大气、土壤里的有机物,通过等离子体的强氧化作用分解掉。检测方面是采用等离子体进行激发,去探测相关的光谱,对痕量元素或者常规元素进行分析。”

原位检测&便携性,适应复杂环境

目前有很多进行元素检测的手段,比如原子吸收(AA),电感耦合等离子体(ICP)等技术。那么大气压放电等离子体技术在元素检测上有什么优势呢?关于这个问题,杨老师介绍道:“ICP一般属于实验室比较昂贵的仪器设备,需要复杂的样品前处理过程,比如进行固体样品的微波消解,沉淀、浓缩等步骤,很难实现原位的在线测量,便捷性也特别不好。现在我们主要做大气压放电等离子体,这种检测设备结构简单,便携性好,也不需要对固体进行复杂的前处理。虽然检测限虽然没ICP高,比如我们现在能做到10个ppb,这和ICP相比还是有差距。但是我们可以制作便携性好,可进行原位在线检测的仪器,适用于更复杂的场景。”

等离子体源设计新思路:以实际应用为导向

等离子源是所有应用的前提,是大气压放电等离子体技术的关键所在。杨老师课题组根据不同应用需求,利用纳秒脉冲、正弦高压等形式激励,开发了多种结构的等离子体源,适用于材料改性、污染物检测、污染物控制、饮用水处理等领域。关于等离子体源,杨老师以生活中常见的火花现象进行说明。“在生活中当开关合闸的时候产生的火花,就是一种最简单的等离子体源。包括高压放电电弧,在大气压空气中非常容易产生等离子体源。但是这种源非常不稳定,在实际应用比如环境和材料检测中会对待处理物造成非常严重的破坏。所以我们课题组一直在做的就是要在大气压中产生稳定的,均匀、气体温度又较低的源。刚才我们谈到的元素分析,需要把火花弧光变得非常稳定,不能是瞬态的一个过程。针对水中污染物控制,我们要做气液放电的等离子体源。而针对气体污染物的控制,我们做了很多DBD(Dielectric Barrier Discharge,线性等离子体)的等离子体源。对于一些热敏感材料,我们需要设计气体温度接近室温的额等离子体源。”

校企合作促进科研成果产业化

关于校企合作的问题,杨老师给予了我们十分积极的反馈:“我们科研工作主要偏重大气压放电等离子体源的部分,在源的设计方面我们有擅长的地方。但是刚才讲到的元素分析以及原子光谱相关的仪器,还需要后端的光谱仪及检测器来完成,而后端这部分恰恰不是我们擅长的。这方面你们仪器公司才是专长。我们高校负责前端,企业负责后端,各取所长,这也是校企结合的一个非常好的切入点,也能更快促进大气压放电等离子体技术的产业化。

现场采访视频

结束语



除了要负责课题组的科研工作,杨老师作为大连理工大学物理学院副院长,同时也要处理很多学院的事情,经常加班到深夜。但是正是出于对科研的热爱,让杨老师课题组在大气压等离子体研究中取得了不斐的成绩,他也担任了大连理工大学国家重点学科“等离子体物理”——大气压等离子体物理方向负责人。我们也期待大气压放电等离子技术在未来拥有更广阔的应用前景,为人类和地球的健康贡献力量。

杨德正老师简介

杨德正,大连理工大学教授、博士生导师,大连理工大学物理学院副院长,大连理工大学国家重点学科“等离子体物理”——大气压等离子体物理方向负责人,中国电工技术学会等离子体技术及应用专委会委员,中国电工技术学会青年工作委员会委员。主要从事大气压等离子体诊断、等离子体新型吸附材料制备与改性、等离子体有机污染物控制、等离子体辅助痕量污染物检测、等离子体固氮等研究。近年来,以项目负责人身份承担国家重点研发计划项目1项,承担国家级及省部级重点以上项目5项,企事业委托项目十余项,近年来承担项目总经费近两千万元,在国际期刊上发表SCI论文90余篇,在国际和全国性学术会议上作特邀报告20余次,并担任大会主席、学术委员会委员、执行委员会委员、分会主席等职务。
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