Name: how to ignite an atmospheric pressure microwave plasma torch without any additional igniters
Uploaded: 2015-04-16T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 42 s
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The authors would like to thank the Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen &#8222;Otto von Guericke&#8220; e.V., AiF (German Federation of Industrial Research Associations) and the Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG (German Research Foundation) for partly funding the presented work under contract number 14248 and STR 662/4-1, respectively.

1. Messung der Magnetron Anmerkung: Die schematische Darstellung des Versuchsaufbaus zur Messung der Magnetron ist in 1A dargestellt. <ol><li> Schließen Sie das Magnetron zu einem Isolator, bestehend aus einem Thermostat und einem Wasserbelastung mit 10 Schrauben. </li><li> Schließen Sie den Isolator, um einen Richtkoppler mit 10 Schrauben. </li><li> Schließen Sie das Richtkoppler an einen zweiten Wasserbelastung mit 10 Schrauben. </li><li> Das Angebot an Wasserlasten mit Wasser. </li><li> Kalibrieren des Spektrumanalysator mit Kalibrierfunktion entsprechend dem Protokoll des Herstellers. </li><li> Schließen Sie eine 20 dB-Dämpfungsglied an den Spektrumanalysator, indem Sie das 20 dB-Dämpfungsglied mit dem Spektrumanalysator. Anmerkung: Die 20 dB-Dämpfungsglied wird verwendet, um das Spektrum-Analysator der zu hohen Leistungen über 1 W. schützen </li><li> Verbinden Sie den 20 dB-Dämpfungsglied ausgestattet Spektrumanalysator bis zum Ende des Koaxialkabels mit einem BNC-Anschluss ausgestattet, indem Sie das Coaxial-Kabel in den 20 dB-Dämpfungsglied. </li><li> Das Ende des Koaxialkabels mit N-Stecker durch Einstecken des Koaxialkabels mit dem Wegekabel versehen zum Richtkoppler. </li><li> Schalter auf dem Magnetron über die Stromversorgung und dem Spektrum der emittierten Mikrowelle am Spektrumanalysator angezeigt. </li><li> Passen Sie gegebenenfalls die angezeigte Abszisse, Ordinate und ihre Auflösung nach dem Handbuch des Spektrumanalysators. </li><li> Um die Frequenz der Ausgangsmikrowelle in Abhängigkeit von der Mikrowellenleistung zu messen, erhöhen die Mikrowellenleistung von 10% auf dem Maximum der Ausgangsleistung in 5% bis 10% Schritten und für jeden Schritt zu bestimmen, die Frequenz der maximalen Amplitude des Spektrums durch den Spektrumanalysator angezeigt. Anmerkung: In der Regel ist das Frequenzspektrum eines Magnetrons unter 10% seiner maximalen Ausgabeleistung sehr breit, weist viele verschiedene Peaks und ist daher nicht verwendbar. </li></ol> 2. Anpassung derDie Resonanzfrequenz Anmerkung: Die schematische Darstellung des Versuchsaufbaus zur Messung und Einstellung der Resonanzfrequenz ist in 2A dargestellt. <ol><li> Kalibrieren Sie den Netzwerk-Analysator mit dem Kalibrier-Kit für S11-Betrieb (nach dem Protokoll des Herstellers). </li><li> Verbinden Sie das Koaxialkabel über die N-Stecker an das Koaxialkabel Teil eines Koaxial-zu-Rechteckwellenleiterübergang, indem Sie das Koaxialkabel an den Koaxial-zu-Wellenleiter-Übergang. </li><li> Verbinden des rechteckigen Teils des Coaxial-zu-Rechteckwellenleiterübergang in einen Drei Abstimmstichleitung mit 10 Schrauben. </li><li> Schließen Sie die drei Stub-Tuner an die Mikrowellen-Plasmabrennereinheit mit 10 Schrauben. </li><li> In der Netzwerkanalysemenüschalter S11 Betrieb. </li><li> Wählen Sie im Menü Netzwerk-Analysator, um VSWR-Modus zu wechseln oder um sich anzumelden Modus. </li><li> Iterativ die Resonanzfrequenz des Mikrowellen-Plasmapistolenanordnung einzustellen, um die gemessene frequency des Magnetrons bei einer Ausgangsleistung von 25% - 60% der maximalen Ausgangsleistung von oben und unten Bewegen der Düse. Die Resonanzfrequenz des Mikrowellen-Plasmapistolenanordnung ist durch die Neigung der S11-Parameter-Messung gegeben, wie in 2B dargestellt. Stellen Sie diesen Tauch durch Bewegen der Düse nach oben und unten auf die empfohlene Frequenz. </li><li> Wenn die Resonanzfrequenz so eingestellt wird, verriegeln die Position der Düse mit der Sicherungsmutter. </li><li> Erhöhen Sie die Vorwärtsmikrowellenleistung iterativ durch Anpassung der drei Stichleitungen der drei Stub-Tuner, indem Sie den Stummel auf und ab. Die von der Mikrowellenplasmabrenner Anordnung absorbiert Mikrowellenenergie wird durch die Tiefe des tauch des Parameters S11 gegeben. So maximieren diese dip durch Anpassung der Stichleitungen der drei Stub-Tuner. Gewöhnlich ist es ausreichend, dass zwei der drei Stichleitungen verwendet werden. </li></ol> 3. Zündung des Plasmas <ol><li> Tragen Sie UV-Schutzbrille, da das Plasma emittiert UV-strahlungtion. Betätigen Sie den Plasmabrenner unter örtlicher Gaslüftungs da das Plasma erzeugt Nitrid Oxide. </li><li> Schließen Sie das Mikrowellenplasmabrenner Montage mit der eingestellten Koaxialresonator (Düse ist gesperrt) und der bereinigten drei Stub-Tuner an das Magnetron mit einem Isolator aus einem Zirkulator zu einem Wasser Last ausgestattet. </li><li> Schließen Sie die Gaszufuhr zu der Mikrowellenplasmabrenner. </li><li> Schalten Sie die Gaszufuhr zu 5 bis 20 slm. </li><li> Da die Mikrowellenstrahlung in höheren Dosen schädlich ist besonders für die Augen, zu überprüfen, dass es keine Mikrowelle Leckagen. <ol><li> Um dies zu tun, schalten Sie die Mikrowelle auf einem sehr niedrigen Leistung von 10% bis 12% und überprüfen Sie alle Mikrowellenverbindungen mit einer Mikrowelle Meter für Leckagen. </li><li> Wenn es irgendwelche Lecks entfernen Sie sie vollständig, bevor die Erhöhung der Mikrowellenleistung oder den Betrieb der Mikrowellenplasmabrenner. </li></ol></li><li> Wenn es keine Leckagen schalten Sie die Mikrowelle mit niedrigen Leistungen von 10% und erhöht die microwave Leistung langsam, innerhalb von 10 bis 60 sec, bis das Plasma zündet in dem Quarzrohr von der Mikrowellenplasmabrenner. </li><li> Beachten Sie sorgfältig, ob und wo das Plasma zündet aber vorsichtig mit eventuell abgestrahlten Mikrowellen sein. Vorzugsweise verwenden einen Spiegel zur Beobachtung der Plasmazündung. </li><li> Wenn kein Plasma zündet, schalten Sie die Mikrowellenleistung und sorgfältig prüfen, ob die Mikrowellenleistung ordnungsgemäß an den koaxialen Resonator eingekoppelt und nicht fehlgeleitet zu anderen Komponenten Erhitzen oder sogar ihnen zu schaden. Überprüfen Sie, ob einige Komponenten werden immer aufgeheizt. <ol><li> Wenn eine Komponente wird aufgeheizt - das heißt, die Mikrowellenleistung fehlgeleitet - stellen Sie Stubs der drei Stub-Tuner aus dem Wellenleiter und passen Sie die Mikrowelle in das Plasma Brennereinheit zu maximieren, wie in Schritt 2.9 beschrieben. Starten Sie dann wieder mit Schritt 3.1. </li><li> Stellen Sie die Resonanzfrequenz des Koaxialresonators des Plasmabrenners auf die Sendefrequenz des MAGnetron bei einer ausreichend hohen Mikrowellenausgangsleistung von 25% bis 60% der maximalen Ausgangsleistung mit dem Netzwerk-Analysator, wie in Schritt 2 beschrieben, um die Zündung zu verbessern, stellen die Resonanzfrequenz des Koaxialresonators wie in Schritt 2 auf einen höheren beschrieben ausgangsleistung. Starten Sie dann wieder mit Schritt 3.1. </li></ol></li><li> Wenn das Plasma zündet irgendwo in dem Plasmabrenner und nicht automatisch mit dem koaxialen oder zylindrisch-Modus umzuschalten, variieren die zugeführte Mikrowellenleistung und die Gasströmung bis in den zylindrischen Modus verbrennt. </li><li> Wenn das Plasma brennt im zylindrischen Modus iterativ den Stutzen der drei Abstimmstichleitung regeln, indem sie nach oben und nach unten, so dass die gesamte zugeführte Mikrowellenenergie durch das Plasma absorbiert wird und die reflektierte Mikrowellenleistung wird Null. Anmerkung: Wenn eine Mikrowellendiode mit dem Wasserlast und dem entsprechenden Eingang der Steuereinheit verbunden ist, wird die reflektierte Mikrowellenenergie an die Steuereinheit des Mikrowellenstromversorgung angezeigt.Wie dies zu tun ist im Handbuch der Mikrowellenstromversorgung beschrieben. </li><li> Wenn höhere Mikrowellenleistungen von 1,5 kW und niedrigen Gasströme von weniger als 15 slm verwendet werden, überprüfen Sie sorgfältig, dass das Plasma nicht die Wände der Quarzröhre berühren. Das Quarzrohr darf nicht überall leuchten. </li><li> Wenn der Quarzröhre leuchtet rot, verringern Sie die Mikrowellenleistung zu erhöhen oder den Gasstrom, bis es vollständig verschwindet. </li><li> Da die Mikrowellen durch das Plasma aufgrund der Leitfähigkeit des Plasmas eingestrahlt, überprüfen mit einem Mikrowellenmessgerät, das die abgestrahlte Mikrowellenenergie unter dem Schwellenwert liegt. </li><li> Wenn die abgestrahlte Mikrowellenleistung über dem Schwellenwert liegt, schirmen das Plasma mit einem Metallgitter in dem die Maschenweite wesentlich kleiner ist als die Hälfte der verwendeten Mikrowellen-Wellenlänge. </li></ol> 4. Hochgeschwindigkeitskamera Film der Plasmazündung Anmerkung: Da die Zündung des Plasmas und dessen Übergang zum zylindrischen Modus liegt im Bereich voneinige hundert Millisekunden, kann dieses Verfahren am besten mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera untersucht werden. Jedoch ist es nicht notwendig, den Zündvorgang durch eine Hochgeschwindigkeitskamera jedesmal das Plasma gezündet beobachten. <ol><li> Platzieren der Linse der Hochgeschwindigkeitskamera vor der Mikrowellenplasmabrenner Blick durch das Diagnose Schlitz an der Frontseite des Plasmabrenners. </li><li> Einzustellen, daß die Kamera zeigt in den koaxialen Resonator an der Spitze des metallischen Düse. </li><li> Fokussieren Sie die Kamera auf die Spitze des metallischen Düse. </li><li> Starten Sie die Aufnahme mit 1000 fps (Bilder pro Sekunde) der Hochgeschwindigkeitskamera. </li><li> Zünden des Plasmas, wie in Kapitel 3 beschrieben. </li></ol> 5. Stabile und kontinuierliche Plasma-Betrieb Hinweis: Wenn das Plasma in dem zylindrischen Modus gezündet wurde und die drei Abstimmstichleitung wurde angepasst, um die Absorption der Mikrowellenenergie durch das Plasma eine stabile und Contin maximierennuierlichen Betrieb des Plasmabrenners möglich ist. <ol><li> Stellen Sie die Dimension - die radiale und axiale Erweiterung - des Plasmas auf das gewünschte Maß durch Variation der gelieferten Mikrowellenleistung zwischen 10% und der maximalen Ausgangsleistung und den Gasstrom zwischen 10 und 70 slm. Halten Sie die radiale Abmessung des Durchmessers des Quarzrohres begrenzt. Das Plasma dürfen nicht an die Wand des Quarzrohr, das bedeutet, dass die Quarzröhre darf nicht leuchten. </li><li> Um das Plasma in verschiedenen Formen zu formen, mit einem kurzen Quarzrohr, das nur begrenzt das Plasma innerhalb des zylindrischen Resonators und legen eine Öffnung auf der Oberseite des Plasmabrenneranordnung. </li><li> Falls notwendig, ziehen Sie die Öffnungen mit einigen Schrauben. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Die vorgestellte Film beschreibt, wie eine Zündung eines Atmosphärendruck Mikrowellenplasma ohne zusätzliche Zünder realisiert, werden die Grundprinzipien dieser Mikrowellenplasmabrenner, dessen Einstellung, den Zündvorgang des Plasmas und seiner stabilen und kontinuierlichen Betrieb. Wie in der Einleitung beschrieben wurde, gibt es bereits verschiedene Arten von Mikrowellen-Plasmabrenner, aber keiner von denen eine Zündung des Plasmas bereitzustellen, ohne irgendwelche zusätzlichen Zünder sowie stabile und kontinuierliche Plasmabetrieb. Um eine Zündung des Plasmas ohne zusätzliche Zünder bei Atmosphärendruck ein hohes elektrisches Feld notwendig ist und somit ein Resonator mit einer hohen Qualität, während für eine kontinuierliche und stabile Plasmabetrieb ein niedriger Qualität benötigt wird, ist erhalten. Dies kann durch die Kombination einer hohen Qualität Koaxialresonator, der die Zündung des Plasmas und eine geringe Qualität zylindrischer Resonator, die eine kontinuierliche und liefert garantiert realisierbarstabile Plasmabetrieb. Die Frequenz der zugeführten Mikrowellen muss perfekt auf die Resonanzfrequenz des hochwertigen Koaxialresonator, so dass die vorgesehenen Leistung in der Resonanzkammer verbunden. Deshalb ist die Frequenzabhängigkeit des Magnetrons muss bekannt sein und die Resonanzfrequenz des koaxialen Resonator einstellbar sein. Die Sendefrequenz des Magnetrons mit einem Spektrumanalysator gemessen werden, während die Resonanzfrequenz des Koaxialresonators mittels eines Netzwerkanalysators gemessen und durch die bewegliche Düse eingestellt werden. Um die Zündung des Plasmas allein durch die zugeführte Mikrowellen gewährleisten, ist es wichtig, dass die Resonanzfrequenz des Koaxialresonators perfekt zur Sendefrequenz des Magnetrons. Weiterhin weist der Mikrowellen vollständig in den Koaxialresonator der Plasmapistolenanordnung, die durch Maximieren der Vorwärtsleistung w erreicht ist gekoppelt werdenit der drei Stub-Tuner. Wenn diese kritischen Schritte nicht sorgfältig durchgeführt, ist es möglich, dass das Plasma nicht entzündet oder die Mikrowelle in den Versuchsaufbau gekoppelt irgendwo was könnte bis zu einem gewissen Beschädigung dieser Teile führen. Also wenn keine Zündung des Plasmas wird beobachtet, haben diese Schritte nochmals sorgfältig kontrolliert werden. Weiterhin ist es möglich, dass das Plasma zündet jedoch nicht mit dem koaxialen oder zylindrisch-Modus für sich. In diesem Fall kann das Plasma üblicherweise zuerst mit dem koaxialen Modus und dann in den zylindrischen Modus durch Variieren der Gasstrom und die zugeführte Mikrowellenleistung umgeschaltet werden. Um eine automatische Zündung und den Betrieb des Plasmas eine automatische drei Abstimmstichleitung die automatisch ihren Stubs maximiert Vorwärtsleistung kann anstelle der manuellen einem verwendet werden erhalten. Somit ist die Einstellung der Stichleitungen für die Zündung des Plasmas und dann die Einstellung für den Betrieb des Plasmas werden automatisch durchgeführt vondrei-Stub-Tuner. Plasmazündung ohne zusätzliche Zünder und stabile und kontinuierliche Plasmabetrieb die präsentierte intelligente Kombination der zwei Resonatorstrukturen und die hier beschriebene Methode der Messung des Magnetrons mit einem Spektrumanalysator und die Messung und die Einstellung der Resonanzfrequenz mittels eines erreichen Netzwerkanalysator entscheidend. Die Zündung des Plasmas wurde im Detail mit einer Hochgeschwindigkeitskamera untersucht. Es zeigte sich, daß das Plasma zündet im Koaxialresonator, windet sich die Spitze der Düse Brennen im koaxialen Modus an Intensität zunimmt und das Volumen, löst sich von dem metallischen Düsen, weiter erhöht und dann frei brennt über dem metallischen Düse in der Zylindermodus. Nach dem Zünden des Plasmas und dessen Übergang zum zylindrischen Modus kann das Plasma stabil und kontinuierlich betrieben werden. Die Dimension des Plasmas hängt von der zugeführten Mikrowellenleistung und der Gasfluss und Zunahmes, wenn die zugeführte Mikrowellenleistung erhöht oder der Gasstrom verringert. Ferner kann das Plasma an Nadeln, Bürsten oder glatte Nachglühen Plasmen mit Öffnungen geformt werden. Der Gasstrom und die Mikrowellenleistung des dargestellten Mikrowellenplasmabrenner sind auf etwa 100 slm und einigen Kilowatt, die ebenfalls begrenzt das Volumen des Plasmas begrenzt. Da das Quarzrohr nicht beschädigt werden darf der radiale Durchmesser des Plasma begrenzt dem Innendurchmesser des Quarzrohres. Wird ein größeres Plasmavolumen erforderlich ist und große Gasströme zu behandeln sind, kann die Plasmaquelle unter Verwendung eines niedrigeren Mikrowellenfrequenz, beispielsweise 915 MHz anstelle von 2,45 GHz hochskaliert. Mit 915 MHz mehr Mikrowellenleistung zur Verfügung steht, was zu größeren Plasma-Volumen, die größere Gasströme gehandhabt werden können. Wenn jedoch höhere Leistungen verwendet werden, die Gefahr einer Beschädigung, insbesondere der metallischen Düse, während der Zündung des Plasmas oder während des Betriebs ansteigt und somit another Zündmechanismus zu berücksichtigen. Weiterhin können die Plasmaparameter, wie Elektronen und Gastemperatur, unabhängig von den äußeren Parametern wie Gasstroms und zugeführte Mikrowellenleistung. Wenn also ein Atmosphärendruckplasma mit verschiedenen Plasmaparameter erforderlich ist, hat eine andere Quelle verwendet werden, oder eines, das die erforderlichen Bedürfnisse wurde neu entwickelt werden erfüllt. Da der Atmosphärendruck dargestellt Mikrowellenplasmabrenner liefert Zündung des Plasmas ohne zusätzliche Zünder sowie stabile und kontinuierliche Plasmabetrieb, ist die Plasmaquelle für viele industrielle Anwendungen. Der Vorteil der Zündung des Plasmas ohne zusätzliche Zünder für industrielle Prozesse, vor allem, wenn eine automatische drei Stub-Tuner verwendet wird, ist, dass nur die Mikrowellen muss eingeschaltet werden, und der Prozess beginnt, automatisch und zuverlässig ausgeführt werden. Außerdem, wenn ein diskontinuierlicher Vorgang ist erforderlich, wenn der Prozess ausgeführt wirdeinige Zeit, gefolgt von Intermittenz kann der Plasmaprozess schnell gestartet werden, zuverlässig und automatisch und es gibt keine Abnutzungs eines weiteren Zündsystems. Volume Prozesse wie chemische Synthese als auch Oberflächenbehandlungen mit dem Nachglühen Plasma kann als Anwendungen der Mikrowellenplasmabrenner genannt. Studien über den erfolgreichen Abbau der schädlichen Abgase, insbesondere für Treibhausgase wie perfluorierten Verbindungen, die in wachsenden Halbleiterindustrie verwendet werden, auf die Dissoziation von CO 2 zu CO und O sowie die Pyrolyse von Methan zu Wasserstoff und Kohlenstoff bereits durchgeführt. Weiterhin wurden die Nachglühen Plasmen zur Behandlung von Oberflächen verwendet werden, um die Haftung der Kleber und Farbe und zur Dekontamination und Sterilisation zu erhöhen. Beispielsweise kann die Plasmaquelle für die Dekontaminierung der Oberfläche der Korken verwendet, Trichloranisol, das die sogenannte Korkgeschmacks bewirkt verschlechtern. Ein weiterer application ist die Reduktion von Keimen auf Oberflächen, wie auf Verpackungsmaterialien oder auf Lebensmitteln. Die hier beschriebene Methode, wie die Sendefrequenz eines Hochfrequenz-Stromversorgung mittels eines Spektrumanalysators gemessen und wie die Resonanzfrequenz einer Resonanzstruktur mittels eines Netzwerkanalysators gemessen und eingestellt werden kann, auch auf andere Hochfrequenz-Plasmaquellen eingesetzt werden . Als Beispiel wird ein kleines Mikromikrowellenplasmastrahl, die auf einer λ / 4-Resonators basiert, kann 25-27 genannt. Schließlich wird die vorgestellte Film auf Weiterentwicklungen und Verbesserungen der Atmosphärendruck und / oder Mikrowellenplasmaquellen führen.

Luftdruck Mikrowellenplasmabrenner bieten eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen. Einerseits können sie für chemische Prozesse Volumen und andererseits ihre Nachglühen Plasma kann für die Behandlung von Oberflächen aufgebracht werden verwendet werden. Als Oberflächenbehandlungsverfahren, die Behandlung auf die Adhäsion von Leim, Farbe oder Lack oder die Dekontamination oder Sterilisation von Oberflächen erhöhen genannt werden. Das heiße und reaktive Plasma selbst kann zur Volumen Prozesse wie die Zersetzung von Abgasen 1-7 verwendet werden. Diese Abgase schädlich sind, dazu beitragen, die globale Erwärmung und kann kaum konventionell abgebaut werden kann. Aber sie in wachsenden Branchen wie der Halbleiterzweig benötigt werden. Andere Anwendungen sind in der chemischen Synthese, wie die Dissoziation von CO 2 zu CO und O 2 oder CH 4 zu Kohlenstoff und Wasserstoff 8,9. Überschüssige elektrische Energie aus erneuerbaren Energiequellen verwendet werden, um CO distanzieren werden <sub&gt; 2 in CO und O 2. Die CO weiter zu höheren Kohlenwasserstoffen, die als synthetische Kraftstoffe für den Transport verwendet werden kann verarbeitet werden, Plattformchemikalien für die chemische Industrie oder als chemische Speicher. Es gibt einige Mikrowellenplasmabrenner, aber die meisten von ihnen haben Nachteile: Sie weisen nur kleine Plasmamengen müssen zusätzliche Zünder müssen Kühlung des Plasmareaktors oder nur im gepulsten Modus betrieben werden, 10-18. Die Mikrowellenplasmabrenner in diesem Film präsentiert bietet eine Zündung des Plasmas nur mit dem mitgelieferten Mikrowellenleistung ohne zusätzliche Zünder sowie einer stabilen und kontinuierlichen Betrieb ohne Kühlung des Plasmareaktors für eine breite Palette von Betriebsparametern und kann verwendet werden, Für alle der oben erwähnten Anwendungen. Einer koaxialen und zylindrisch eins: die Mikrowellenplasmabrenner beruht auf einer Kombination von zwei Resonatoren basieren. Der zylindrische Resonator hat eine niedrige Qualität und ist operated in dem bekannten E 010 -Mode mit der höchsten elektrischen Feld in der Mitte. Koaxialresonator ist unterhalb des zylindrischen Resonators angeordnet und besteht aus einer beweglichen metallischen Düse in Kombination mit einem tangentialen Gasversorgung. Die hohe Qualität des koaxialen Resonators weist eine sehr schmale, aber tiefe Resonanzkurve. Wegen der hohen Qualität der Koaxialresonator ein hohes elektrisches Feld erreicht werden kann, die für die Zündung des Plasmas benötigt wird. Jedoch ist die hohe Qualität der Koaxialresonator mit einem sehr schmalen Resonanzkurve zugeordnet sind und damit die Resonanzfrequenz hat, um perfekt die Frequenz der zugeführten Mikrowellen entsprechen. Da die Resonanzfrequenz verschiebt sich nach dem Zünden des Plasmas durch die Permittivität des Plasmas kann die Mikrowelle nicht mehr in den Koaxialresonator eindringen. Für den kontinuierlichen Betrieb des Plasmas der zylindrische Resonator mit einer niedrigen Qualität und einem breiten Resonanzkurve benötigt wird. Eine zusätzliche axiale Gaszufuhr über die metallische Düse des Koaxialresonators ist möglich. Das Plasma wird gezündet und in einer mikrowellentransparenten Rohrs beschränkt, beispielsweise einem Quarzrohr. Die Permittivität des Quarzrohrs beeinflusst auch die Resonanzfrequenz. Da der Quarz eine Dielektrizitätskonstante von&gt; 1 ist das Volumen des zylindrischen Resonators praktisch vergrßerte was zu einer niedrigeren Resonanzfrequenz führt. Dieses Phänomen ist zu beachten, wenn die Abmessungen des zylindrischen Resonators ausgebildet sein. Eine detaillierte Diskussion, wie die Resonanzfrequenz wird durch den eingesetzten Quarzrohr betroffen sind, können Referenz 23. gefunden Wenn ein langgezogenen Quarzrohr verwendet wird, kann diese auch als Reaktionsraum für das Volumen Prozessen wirken. Jedoch für Oberflächenbehandlungen kann das Plasma auch anders durch verschiedene Arten von Öffnungen geformt werden. Die Mikrowelle wird durch einen rechteckigen Wellenleiter von dem Magnetron zugeführt wird. Um Lärmbelästigung zu vermeiden, die Verwendung eines geringer Welligkeit Magnetron empfbeendet. Das Magnetron, die im Film verwendet wird, ist eine geringe Welligkeit einer. Für die Zündung des Plasmas die hohe Qualität Koaxialresonator verwendet wird, während ein stabiler und kontinuierlicher Betrieb durch den zylindrischen Resonator vorgesehen. Um das Zünden des Plasmas durch die hohe Qualität Koaxialresonator erreichen die Resonanzfrequenz dieses Resonators ist, um perfekt die Frequenz der Mikrowelle von dem verwendeten Magnetron übereinstimmen. Da alle Magnetrons nicht ihre Mikrowellenfrequenz emittieren bei genau der Nennfrequenz und da die Frequenz ist abhängig von der Ausgangsleistung weist das Magnetron mit einem Spektrumanalysator gemessen werden. Die Resonanzfrequenz des koaxialen Resonators kann durch nach oben und unten Bewegen des metallischen Düse eingestellt werden. Diese Resonanzfrequenz gemessen werden kann und somit auch an die Sendefrequenz des eingesetzten Magnetron mit einem Netzwerkanalysator eingestellt. Um das hohe elektrische Feld an der Spitze der Düse zu erreichen, für die Zündung erforderlichedes Plasmas wird ein Drei Abstimmstichleitung zusätzlich benötigt. Diese drei Stub-Tuner ist eine häufig verwendete Mikrowellenkomponente. Die drei Abstimmstichleitung zwischen der Mikrowellenplasmabrenner und dem Magnetron angeordnet ist. Nachdem die Resonanzfrequenz des Koaxialresonators eingestellt wird, wird die Vorwärtsleistung maximiert und die reflektierte Leistung durch iteratives Einstellen der Stutzen der drei Abstimmstichleitung minimiert. Nachdem die Resonanzfrequenz des Koaxialresonators sowie mit maximiert die Vorwärtskraft durch den Drei Abstimmstichleitung eingestellt wird, kann das Plasma aus dem Mikrowellenplasmabrenner gezündet wird, wenn die Mikrowellen-Plasmabrenner ist mit einer Magnetron verbunden ist. Für die Zündung des Plasmas eine minimale Mikrowellenleistung von etwa 0,3 bis 1 kW ausreicht. Das Plasma zündet im Koaxialresonator. Nach dem Zünden des Plasmas wird die Resonanzfrequenz des Koaxialresonators ist aufgrund der Dielektrizitätskonstante des Plasmas und die Mikrowelle nicht verschobenmehr in den Koaxialresonator eindringen. Somit sind die Plasma-Schalter von der koaxialen Modus in seine wesentlich verlängerten zylindrischen Modus Verbrennen frei stehen über die metallische Düse in der Mitte des zylindrischen Resonators. Da die Qualität des zylindrischen Modus ist sehr niedrig, und daher weist ein breites Resonanzkurve kann die Mikrowelle noch in trotz der Verschiebung der Resonanzfrequenz des zylindrischen Resonators dringen aufgrund der Dielektrizitätskonstante des Plasmas. Somit wird ein kontinuierlicher und stabiler Betrieb des Plasmas in der zylindrischen Mode von der Mikrowellenplasmabrenner versehen ist. Um jedoch eine vollständige Absorption des zugeführten Mikrowellenleistung zu erreichen, müssen die Stubs der drei Abstimmstichleitung neu eingestellt werden. Andernfalls wird die zugeführte Mikrowellenleistung nicht vollständig von dem Plasma absorbiert, sondern ein gewisser Prozentsatz der bereitgestellten Mikrowelle reflektiert wird und durch die Wasserlast absorbiert. Um die Zündung des Plasmas in den koaxialen untersuchenModus und dessen Übergang in die erweiterte zylindrische Modus wird der Plasmazündung durch eine Hochgeschwindigkeitskamera beobachtet. Das vorgestellte Film zeigt, wie die Frequenzabhängigkeit des Magnetrons gemessen, die Resonanzfrequenz des Koaxialresonators eingestellt, wie die Vorwärtsleistung maximiert wird, und wie das Plasma wird durch die zugeführte Mikrowellenleistung gezündet. Die High-Speed-Kamera-Aufnahme ist ebenfalls dargestellt.

<table><tbody><tr><td>2 kW magnetron</td><td>Muegge&amp;nbsp;</td><td>MH2000S 211BA</td><td></td></tr><tr><td>2 kW power supply</td><td>Muegge&amp;nbsp;</td><td>ML2000D-111TC</td><td></td></tr><tr><td>insulator - circulator with water load</td><td>Muegge&amp;nbsp;</td><td>MW1003A-210EC</td><td></td></tr><tr><td>water load</td><td>Muegge&amp;nbsp;</td><td>MW1002E-260EC</td><td></td></tr><tr><td>three stub tuner</td><td>Muegge&amp;nbsp;</td><td>MW2009A-260ED</td><td></td></tr><tr><td>orifices</td><td>homemade</td><td></td><td></td></tr><tr><td>microwave plasma torch</td><td>homemade</td><td></td><td></td></tr><tr><td>spectrum analyzer</td><td>Agilent</td><td>E4402B</td><td></td></tr><tr><td>network analyzer</td><td>Anritsu</td><td>MS4662A</td><td></td></tr><tr><td>calibration kit</td><td>Anritsu</td><td>model 3753</td><td></td></tr><tr><td>directional coupler</td><td>homemade</td><td></td><td></td></tr><tr><td>20 dB attenuator</td><td>Weinschee engineering</td><td>20 dB AA57u8</td><td></td></tr><tr><td>coaxial to rectangular wave guide transition</td><td>Muegge&amp;nbsp;</td><td>MW5002A-260YD</td><td></td></tr><tr><td>adaptor 7-16 to N connector</td><td>Teleg&amp;auml;rtner</td><td>7-16/N Adaptor</td><td></td></tr><tr><td>coaxial cable</td><td>Rosenberger Hochfrequenztechnik</td><td>LU7_070_800</td><td></td></tr><tr><td>high speed camera</td><td>Photron</td><td>fastcam SA5</td><td></td></tr><tr><td>lens</td><td>Revueflex</td><td>makro revuenon 1:3.5/28mm</td><td></td></tr><tr><td>local gas ventilation</td><td>Industrievertrieb Henning</td><td>ACD220</td><td></td></tr><tr><td>UV protection glasses</td><td>uvex</td><td>HC-F9178265</td><td></td></tr><tr><td>microwave leakage tester</td><td>conrad electronic</td><td>not available</td><td></td></tr><tr><td>microwave survey meter</td><td>Holaday industries inc.</td><td>81273</td><td></td></tr></tbody></table>

how to ignite an atmospheric pressure microwave plasma torch without any additional igniters

Dieser Film zeigt, wie ein Atmosphärendruck-Plasmabrenner kann durch Mikrowellenleistung ohne zusätzliche Zünder gezündet werden. Nach dem Zünden des Plasmas ist ein stabiler und kontinuierlicher Betrieb der Plasma möglich ist und der Plasmabrenner kann für viele verschiedene Anwendungen eingesetzt werden. Einerseits kann die heiße (3.600 K Gastemperatur) Plasma für chemische Prozesse und auf der anderen Seite der Kalt Nachglühen verwendet werden (Temperaturen bis nahezu RT) können zur Oberflächenverfahren aufgebracht werden. Beispielsweise chemische Synthesen interessanter Volumenverfahren. Hier kann der Mikrowellenplasmabrenner zur Zersetzung von Abgasen, die schädlich sind und dazu beitragen, die globale Erwärmung, sondern als Ätzgase in wachsenden Branchen wie der Halbleiterzweig Bedarf verwendet werden. Eine weitere Anwendung ist die Dissoziation von CO 2. Überschüssige elektrische Energie aus erneuerbaren Energiequellen verwendet werden, um CO 2 zu CO und O 2 dissoziieren. Die CO weiter Pro seinum gasförmigen oder flüssigen höheren Kohlenwasserstoffen, wodurch chemische Speicherung der Energie, synthetische Kraftstoffe oder Plattformchemikalien für die chemische Industrie verarbeitet. Anwendungen des Nachleuchtens des Plasmabrenners sind die Behandlung von Oberflächen, um die Haftung von Lack, Klebstoff oder Farbe zu erhöhen, und die Sterilisation oder Dekontamination von verschiedenen Arten von Oberflächen. Der Film erklärt, wie man das Plasma allein durch Mikrowellenleistung ohne zusätzliche Zünder, zB elektrische Funken entzünden. Koaxialer eine, die die Zündung des Plasmas, und eine zylindrische eines, das eine kontinuierliche und stabile Betrieb des Plasma nach Zündung gewähr bietet - der Mikrowellenplasmabrenner beruht auf einer Kombination von zwei Resonatoren basieren. Das Plasma kann in einem langen mikrowellentransparenten Rohr zum Volumen Prozesse betrieben oder mit Öffnungen für die Oberflächenbehandlungszwecke geformt werden.

<html> Um eine Plasmazündung ohne zusätzliche Zünder sowie eine stabile und kontinuierliche Plasmabetrieb eine hohe Qualität Koaxialresonator mit einstellbarer Resonanzfrequenz mit einer niedrigen Qualität zylindrischer Resonator mit einem Mikrowellenplasmabrenner kombiniert werden. Das Schema dieser Plasmabrenner ist in Abbildung 3 dargestellt. Das Plasma wird in eine mikrowellentransparente Rohr, hier ein Quarzrohr eingeschlossen. Dieses Rohr kann fungieren als eine Reaktionskammer zum Volumen Plasmaverfahren oder ein Plasma-Bürste für die Oberflächenbehandlung kann durch eine Öffnung gebildet werden. Die Mikrowellenleistung wird über ein rechteckiger Wellenleiter vom Magnetron zur Mikrowellenplasmabrenner geführt. Verschiedene Arten von Gasen kann entweder über die tangentiale Gasversorgung oder axial durch die metallische Düse der Koaxialresonator geliefert werden. Mikrowellenplasmabrenner mit einer frontalen Schlitz versehen, so daß das Plasma im Inneren des Brenners und der Zündung kann im Detail untersucht werden. content &quot;&gt; Um eine Zündung des Plasmas allein durch die zugeführte Mikrowellenenergie einen hohen elektrischen Feld von ca. 3 bis 6 MV / m erforderlich ist zu gewährleisten. Um ein besseres Verständnis der elektrischen Feldverteilung, Simulationen der elektrischen Feldverteilung als auch zu bekommen als Eigenmode-Analyse mit dem kommerziell erhältlichen Simulationssoftware COMSOL Multiphysics durchgeführt. Modellierung und Simulation von elektrischen Feldverteilungen von Atmosphärendruck Mikrowellenplasmabrenner vorgesehen bereits detaillierte Einblicke und führte zu weiteren Entwicklungen und Verbesserungen in Bezug auf beispielsweise die Zündung oder Betriebsverhalten 19- 22. Die elektrische Feldverteilung des koaxialen Modus als auch des gemeinsamen zylindrischen E 010 -Mode ist in Figur 4a und 4b dargestellt. Das elektrische Feld ist in willkürlichen Einheiten dargestellt, da das elektrische Feld in der Koaxialresonator ein Viel times höher im Vergleich zu dem elektrischen Feld in den zylindrischen Resonator. Es ist ersichtlich, dass ein hohes elektrisches Feld an der Düsenspitze mit dem Koaxialresonator und dem höchsten elektrischen Feld des zylindrischen Resonators ist in der Mitte des zylindrischen Resonators erreicht wird. Die Resonanzfrequenz des koaxialen Resonators kann durch die Position des metallischen Düse variiert werden. Die Simulationsergebnisse für den Resonanzfrequenzen für die verschiedenen Düsenpositionen für einen Mikrowellenplasmabrenner mit zylindrischer Resonator mit einem Radius von 0,05 m und einer Höhe von 0,048 m sind in dem Diagramm in Figur 4C gezeigt. Es ist ersichtlich, dass die Resonanzfrequenz des zylindrischen Modus nicht durch die Position des metallischen Düse beeinflusst. Jedoch ist die Resonanzfrequenz des koaxialen Modus in Abhängigkeit von der Düsenposition und nimmt ab, wenn die metallische Düse nach oben bewegt, in den zylindrischen Resonator. Um die erforderliche hohe elektrische fi erreicheneld in der Koaxialresonator diese Resonanzfrequenz verstellbare Koaxialresonator eine hohe Qualität und eine scharfe und enge Resonanzkurve. Jedoch eine scharfe und enge Resonanzkurve erforderlich, dass die Resonanzfrequenz der Koaxialresonator passt perfekt die Frequenz der zugeführten Mikrowelle. Da in der Regel nicht die Magnetrons Mikrowellen emittieren bei ihrer Nennfrequenz und da die Frequenz der Mikrowelle ist abhängig von der Ausgangsleistung der Mikrowelle, hat die Frequenzabhängigkeit des Magnetrons mittels eines Richtkopplers und eines Spektrumanalysators gemessen werden. Der Versuchsaufbau, um die Frequenzabhängigkeit des Magnetrons mit einem Spektrumanalysator zu messen, ist schematisch in 1a angegeben. Der gemessene Frequenzabhängigkeit des verwendeten Magnetron ist in dem Diagramm in 1B gezeigt. Die Mittenfrequenz auf 2,45 GHz eingestellt und die Videobandbreite war 200 MHz. Es ist ersichtlich, daß bei einer Leistung von 200 W (10% derdie maximale Ausgangsleistung des Magnetrons) die Frequenz der Mikrowelle auf 2,44638 GHz und erhöht, wenn die Mikrowellenleistung erhöht wird. Bei der maximalen Ausgangsleistung von 2 kW einen Wert von 2,45213 GHz erreicht der Mikrowellenfrequenz. Die Resonanzfrequenz des Mikrowellen-Plasmabrenner mit einem Netzwerkanalysator gemessen werden, und, da die Düse beweglich ist, die Resonanzfrequenz des koaxialen Resonators kann eingestellt werden. Um dies zu tun, hat die Mikrowellen-Plasmapistolenanordnung mit einem Netzwerk-Analysator über eine rechteckige zu koaxialen Wellenleiterübergang verbunden werden, wie in der schematischen Darstellung in Figur 2A gezeigt. Durch die Messung des Parameters S11 des Mikrowellenplasmapistolenanordnung kann die Resonanzfrequenz bestimmt werden. Der Parameter S11 stellt das Verhältnis der Eingangsleistung zu der reflektierten Energie in Abhängigkeit von der Frequenz. Wenn ein Resonanz erreicht ist, legt ein elektrisches Feld in der Resonatorstruktur, die zu einem reduzierten reflected Mikrowellenleistung. Jedoch ist die Feldstärke innerhalb des Hohlraums unmittelbar verbunden mit dem festen Wellenamplitude der Mikrowelle durch den Netzwerkanalysator. Ein Sprung wird in der S11-Spektrum, die der Resonanzfrequenz entspricht. Eine typische Messung des Parameters S11 ist in 2B dargestellt. Hier eine Resonanz bei einer Frequenz von 2,846 GHz beobachtet. Von oben und unten Bewegen des metallischen Düse kann die Resonanzfrequenz des Koaxialresonators variiert werden, wie die in Figur 4C dargestellte Simulationen gezeigt werden. Diese Abhängigkeit der Resonanzfrequenz des Koaxialresonators auf dem metallischen Düsenposition mittels des Parameters S11 gemessen werden. Eine Messung der Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von der Düsenposition und der zugehörigen Simulationsergebnisse sind in dem Diagramm in Figur 2C dargestellt. Dieses Diagramm zeigt, dass es eine gute Übereinstimmung zwischen den Simulationsergebnissen und den gemessenen Werten der resonance Frequenz. Die sehr kleine Verschiebung der beiden Kurven kann mit sehr geringen Abweichungen der Geometrie oder Abmessung des hergestellten Düse im Vergleich zu der für die Simulationen verwendet wird, erläutert. Zum Einstellen der Resonanzfrequenz des koaxialen Resonators auf die Frequenz des zugeführten Mikrowelle, hat das metallische Düsen iterativ und ab bewegt werden, bis der Sprung in den S11-Parameter wird bei der gemessenen Mikrowellenfrequenz befindet. Dann hat der metallischen Düse gesperrt werden und die Vorwärtsleistung kann durch iteratives Anpassen der Stichleitungen der drei Stub-Tuner, so dass der S11-Parameter dip seine maximale Tiefe erreicht maximiert werden. Die hohe Qualität des Resonators und der maximierten Vorwärtsleistung führen zu weniger Reflexionen der Mikrowelle und ein hohes elektrisches Feld im Resonator, ist festgelegt, warum ein tief eintauchen in den Parameterergebnisse S11. Nachdem das Mikrowellenplasmabrenner-Anordnung mit dem Magnetron und der Gasversorgung montiert ist, die Plasmaeine Fackel gezündet und betrieben werden. Die Zündung des Plasmas lässt sich am besten durch die Beobachtung der Zündung mit einer Hochgeschwindigkeitskamera untersucht werden. Die Zündung des Plasmas wurde bei 1.000 fps aufgezeichnet. Das vorgestellte Plasmazündung bei einer Mikrowellenleistung von 1 kW und einem zugeführten Gasstrom von 15 slm Luft durchgeführt. Bilder von jeder Phase der Zündung sind in 5 zusammengefasst. Das Bild in 5A zeigt die Ansicht von oben nach unten auf die Düse in einem Winkel durch die Diagnose Schlitz an der Vorderseite des unbedienbar Plasmabrenner. Der Boden des zylindrischen Resonators ist in der Vorderseite. In der Mittelebene man den Beginn der Koaxialresonator sehen. Die Spitze der Düse kann auch gesehen werden. Der Boden des zylindrischen Resonators in den Hintergrund wieder entfernt. Da der Schwerpunkt auf der Düsenspitze ist der Boden des zylindrischen Resonators etwas verschwommen. Die weiteren Bilder zeigen die Phasen der Plasmazündung. Wenn die Mikrowellenleistung schaltened bei t = 0 ms ist, zündet das Plasma irgendwo im Koaxialresonator wie aus 5B ersichtlich ist. Dann wird während 64 ms, windet sich die Plasma den metallischen Düsen zu seiner Spitze und brennt dann direkt auf die Düsenspitze in der koaxialen Modus als 5C bis 5E zeigen. Die Intensität der Plasma wächst für die folgenden 692 ms, wie es in 5F gezeigt ist. Dann, aufgrund der Verschiebung der Resonanzfrequenz, die durch den brennenden Plasmas in dem Koaxialresonator 1 msec später verursacht, beginnt das Plasma von der Düsenspitze weg zu brechen, wie in 5G und 5H gezeigt. Die komplette Aufenthalt abseits des Plasmas von der Düsenspitze nach 58 ms erreicht wird wie in 5I dargestellt. Das Plasma wird nun frei brenn oberhalb der metallischen Düse im Zylindermodus. Während der letzten Sekunde wird die drei Abstimmstichleitung nachjustiert, um die Vorwärtsmikrowellenleistung zu maximieren. Dies führt zu einer increase des Plasmas als Bild in 5J zeigt. Jedoch wird das Plasma noch frei über der Düsenspitze ohne Kontakt, es brennt. Aufgrund der geringen Qualität des zylindrischen Resonators kann das Plasma kontinuierlich und stabil in dieser zylindrischen Resonator betrieben werden. Die Dimension des Plasmas hängt von der zugeführten Mikrowellenleistung und der Gasströmung. Fotos des Plasmas für Mikrowellenleistungen von 1 und 2 kW und Gasströme von 10, 30 und 70 slm sind in Abbildung 6 dargestellt. Der Resonator mit seiner Diagnose Schlitz an seinem vorderen befindet sich im unteren Teil der Bilder befindet. Das Plasma wird in ein Quarzrohr innerhalb und über dem zylindrischen Resonator beschränkt. UV-Licht koppelt in das Quarzrohr, weshalb die Quarzröhre weist eine bläuliche glühenden. Es zeigt sich, dass die Dimensionen - radiale und auch die axiale Ausdehnung - der Plasma Anstieg mit einer Zunahme der zugeführten Mikrowellenleistung, während eine Erhöhung of der Gasstrom führt zu einer geringeren Plasmaflamme. Jedoch Messungen des Gases und Elektronentemperatur zeigen die maximalen Temperaturen von T g = 3.600 K und Elektronentemperatur T e = 5,800 K sind unabhängig von den äußeren Parametern zugeführte Mikrowellenleistung und Gasströme sowie des Plasmavolumens 19. Die Temperaturen wurden mittels optischer Emissionsspektroskopie erhalten. Die A 2 Σ + - X 2 Π γ -Übergang der freien OH-Rest wurde zur Bestimmung der Gastemperatur verwendet werden, während eine Boltzmann-Auftragung der atomare Sauerstoff Linien wurde für die Abschätzung der Elektronentemperatur durchgeführt. Eine detaillierte Beschreibung, wie die Temperaturen gemessen wurden und die komplette Temperaturverteilungen können in Referenzen 23 und 24 zu finden. Oberflächen im Nachglühen des Plasmas zu behandeln, kann das Plasma mit verschiedenen Arten von Öffnungen geformt werden. 7 veranschaulicht<html> Fotos von unterschiedlich geformten Plasmen. Die Anordnung ist ähnlich wie die Bilder des Plasmas zu einer langen Quarzrohr eingeschlossen: der zylindrische Resonator ist an der Unterseite des Bildes; seiner diagnostischen Schlitz durch das Plasma beleuchtet. Unterschiedlich geformte Plasmen zu sehen über der oberen Öffnung brennen werden. Auf dem Foto in 7A der begrenzeQuarzRohr nicht außerhalb des Resonators erstrecken. Das Plasma kann frei über den Resonator zu verbrennen. Ein verlängerter Plasma Bürste kann mit als Schlitzöffnung ausgebildet sein, wie in 7B dargestellt. Ein Plasma-Nadel kann durch Verwendung einer Öffnung mit einem Loch in seiner Mitte erreicht wird. Dies ist in Figur 7C dargestellt. Sehr klein und glatt Nachleuchten Plasmen werden durch Öffnungen, die einen schmalen Spalt oder kleine Löcher in einem Kreis, wie die Fotos in 7D und 7E zeigen angeordnet haben gebildet. 2816fig1.jpg &quot;/&gt; Abbildung 1. Messung des Magnetrons. Die schematische in (A) zeigt, wie die Frequenzabhängigkeit eines Magnetrons der Mikrowellenausgangsleistung durch einen Spektrumanalysator gemessen werden. Die Frequenzabhängigkeit des verwendeten Magnetron der Ausgangsleistung ist in (B) dargestellt. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52816/52816fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.</a> <img alt="Abbildung 2" src="/files/ftp_upload/52816/52816fig2.jpg" /> Abbildung 2. Die Messung der Resonanzfrequenz ist. Die Einrichtung zur Messung und Einstellung der Resonanzfrequenz des Mikrowellenplasmabrenner mit Hilfe eines Netzwerkanalysators ist in (A) angegeben. (B) zeigt eine typische Messung des Parameters S11. Das Bad in der S11Parameter zeigt die Resonanzfrequenz des Mikrowellenplasmabrenner. Die gemessene Abhängigkeit der Resonanzfrequenz auf der metallischen Düsenposition und die Ergebnisse der numerischen Simulation in C) zusammengefasst. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52816/52816fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.</a> <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/52816/52816fig3.jpg" /> Abbildung 3. Plasmabrenner-Setup. Schematische Darstellung der Aufbau der atmosphärischen Mikrowellenplasmabrenner. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52816/52816fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.</a> <img alt="4" src="/files/ftp_upload/52816/52816fig4.jpg" /> Abbildung 4. Koaxial und Zylindermodus.Die Verteilung der elektrischen Feldstärke wird in (A) und (B) dargestellt. (A) zeigt die Verteilung für die koaxiale Modus, während (B) die eine für das zylindrische Modus. Das Diagramm (C) zeigt die Abhängigkeit der Resonanzfrequenz von beiden koaxialen und zylindrischen Modus über die Position des metallischen Düse in den Plasmabrenner. Der Resonator hat einen Durchmesser von 0,05 m und einer Höhe von 0,0482 m. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52816/52816fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.</a> <img alt="Abbildung 5" src="/files/ftp_upload/52816/52816fig5.jpg" /> Abbildung 5. Die Zündung des Plasmas. Bilder von jeder Phase der Zündung der durch eine Hochgeschwindigkeitskamera mit 1000 fps und bei einer Mikrowellenleistung von 1 kW und einem Gasstrom von 15 aufgezeichnet Plasmaslm Luft. (A) Ansicht von oben, nach unten an der Düse in einem Winkel durch die Diagnose Schlitz an der Vorderseite der Plasmabrenner außer Betrieb. (B) Die Zündung des Plasmas in den koaxialen Resonator. (C) - (E) Aufwickeln des Plasmas auf der Spitze der metallischen Düsen bis sie in der koaxialen Modus verbrennt. (F) Die Plasma steigt. (G) - (I) Das Plasma löst sich von dem metallischen Düsen und Verbrennungen frei über die Düsenspitze in der zylindrischen Mode. (J) Die Plasma erhöht sich durch die Neueinstellung der drei Stub-Tuner, um die Vorwärtsleistung zu maximieren. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52816/52816fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.</a> <img alt="Figur 6" src="/files/ftp_upload/52816/52816fig6.jpg" /> <strong&gt; Abbildung 6 Fotos von einem Luftplasma für verschiedene mitgelieferte Gasströme von 10, 30 und 70 slm und Mikrowellenleistungen von 1 und 2 kW. Die Ausdehnung des Plasmas hängt von der gelieferten Mikrowellenleistung und Gasdurchfluss und es mit einer Zunahme der Mikrowellenleistung und eine Abnahme der Gasströmung zu. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52816/52816fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.</a> <img alt="7" src="/files/ftp_upload/52816/52816fig7.jpg" /> Figur 7. Verschiedene Öffnungen aufweist. Durch die Verwendung von unterschiedlich geformten Öffnungen des Plasmas gebildet werden. (A) Die Begrenzung Quarzrohr nicht außerhalb des Resonators erstrecken und das Plasma kann frei über den Resonator zu verbrennen. (B) Das Plasma wird in einer Bürste mit einer Schlitzöffnung ausgebildet. (C) Ein Plasma-Nadel wird durch ein Loch Öffnung gebildet.(D) Eine sehr glatte Plasmabürste kann mit einer Öffnung mit einem schmalen Schlitz und (E) eine glatte Plasma-Bereich wird durch eine Öffnung mit ein paar kleine Löcher in einem Kreis angeordnet sind erreicht werden. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52816/52816fig7large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version zu sehen diese Zahl.</a>

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How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications.

Wie man eine Atmosphärischer Druck Mikrowellenplasmabrenner zünden ohne zusätzliche Zünder

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a ...

how-to-ignite-an-atmospheric-pressure-microwave-plasma-torch-without

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

19.5K Aufrufe.  University of Stuttgart. This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications. 

Serie: How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics Beamline of the Advanced Light Source (ALS) of the Lawrence Berkeley National Laboratory1-4. This video demonstrates how the complex chemical structures of laboratory-based model flames are analyzed using flame-sampling mass spectrometry with tunable synchrotron-generated vacuum-ultraviolet (VUV) radiation. This experimental approach combines isomer-resolving capabilities with high sensitivity and a large dynamic range5,6. The first part of the video describes experiments involving burner-stabilized, reduced-pressure (20-80 mbar) laminar premixed flames. A small hydrocarbon fuel was used for the selected flame to demonstrate the general experimental approach. It is shown how species&#8217; profiles are acquired as a function of distance from the burner surface and how the tunability of the VUV photon energy is used advantageously to identify many combustion intermediates based on their ionization energies. For example, this technique has been used to study gas-phase aspects of the soot-formation processes, and the video shows how the resonance-stabilized radicals, such as C3H3, C3H5, and i-C4H5, are identified as important intermediates7. The work has been focused on soot formation processes, and, from the chemical point of view, this process is very intriguing because chemical structures containing millions of carbon atoms are assembled from a fuel molecule possessing only a few carbon atoms in just milliseconds. The second part of the video highlights a new experiment, in which an opposed-flow diffusion flame and synchrotron-based aerosol mass spectrometry are used to study the chemical composition of the combustion-generated soot particles4. The experimental results indicate that the widely accepted H-abstraction-C2H2-addition (HACA) mechanism is not the sole molecular growth process responsible for the formation of the observed large polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs).

Gas sampling from laboratory-scale flames with online analysis of all species by mass spectrometry is a powerful method to investigate the complex mixture of chemical compounds occurring during combustion processes. Coupled with tunable soft ionization via synchrotron-generated vacuum-ultraviolet radiation, this technique provides isomer-resolved information and potentially fragment-free mass spectra.

Flammen-Experimente an der Advanced Light Source: Neue Einblicke in Rußbildung Prozesse

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

Forschung

Ingenieurwesen

Simultaneous Synthesis of Single-walled Carbon Nanotubes and Graphene in a Magnetically-enhanced Arc Plasma

Carbon nanostructures such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and graphene attract a deluge of interest of scholars nowadays due to their very promising application for molecular sensors, field effect transistor and super thin and flexible electronic devices1-4. Anodic arc discharge supported by the erosion of the anode material is one of the most practical and efficient methods, which can provide specific non-equilibrium processes and a high influx of carbon material to the developing structures at relatively higher temperature, and consequently the as-synthesized products have few structural defects and better crystallinity.
 To further improve the controllability and flexibility of the synthesis of carbon nanostructures in arc discharge, magnetic fields can be applied during the synthesis process according to the strong magnetic responses of arc plasmas. It was demonstrated that the magnetically-enhanced arc discharge can increase the average length of SWCNT 5, narrow the diameter distribution of metallic catalyst particles and carbon nanotubes 6, and change the ratio of metallic and semiconducting carbon nanotubes 7, as well as lead to graphene synthesis 8. 
 Furthermore, it is worthwhile to remark that when we introduce a non-uniform magnetic field with the component normal to the current in arc, the Lorentz force along the J&times;B direction can generate the plasmas jet and make effective delivery of carbon ion particles and heat flux to samples. As a result, large-scale graphene flakes and high-purity single-walled carbon nanotubes were simultaneously generated by such new magnetically-enhanced anodic arc method. Arc imaging, scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM) and Raman spectroscopy were employed to analyze the characterization of carbon nanostructures. These findings indicate a wide spectrum of opportunities to manipulate with the properties of nanostructures produced in plasmas by means of controlling the arc conditions.

Anodic arc discharge is one of the most practical and efficient methods to synthesize various carbon nanostructures. To increase the arc controllability and flexibility, a non-uniform magnetic field was introduced to process the one-step synthesis of large-scale graphene flakes and high-purity single-walled carbon nanotubes.

Simultane Synthese von einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Graphen in einem magnetisch-enhanced Arc Plasma

Carbon nanostructures such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and graphene attract a deluge of interest of scholars nowadays due to their very ...

Biotechnik

Experimental Methods of Dust Charging and Mobilization on Surfaces with Exposure to Ultraviolet Radiation or Plasmas

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using three recently developed experiments in which dust particles are exposed to thermal plasma with beam electrons, beam electrons only, or ultraviolet (UV) radiation only. The UV light source has a narrow bandwidth in wavelength centered at 172 nm. The beam electrons with the energy of 120 eV are created with a negatively biased hot filament. When the vacuum chamber is filled with the argon gas, a thermal plasma is created in addition to the electron beam. Insulating dust particles of a few tens of microns in diameter are used in the experiments. Dust particles are recorded to be lofted to a height up to a few centimeters with a launch speed up to 1 m/s. These experiments demonstrate that photo and/or secondary electron emission from a dusty surface changes the charging mechanism of dust particles. According to the recently developed &#34;patched charge model&#34;, the emitted electrons can be re-absorbed inside microcavities between neighboring dust particles below the surface, causing the accumulation of enhanced negative charges on the surrounding dust particles. The repulsive forces between these negatively charged particles may be large enough to mobilize and lift them off the surface. These experiments present the advanced understanding of dust charging and transport on dusty surfaces, and laid a foundation for future investigations of its role in the surface evolution of airless planetary bodies.

Dust charging and mobilization is demonstrated in three experiments with exposure to thermal plasma with beam electrons, beam electrons only, or ultraviolet (UV) radiation only. These experiments present the advanced understanding of electrostatic dust transport and its role in shaping the surfaces of airless planetary bodies.

Experimentelle Methoden der Aufladung Staub und Mobilisierung auf Oberflächen mit der Exposition gegenüber ultravioletter Strahlung oder Plasmen

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using ...

Umwelt

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

Emissionsspektroskopische Grenzschichtuntersuchung während ablative Materialprüfung in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Non-equilibrium Microwave Plasma for Efficient High Temperature Chemistry

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose of efficiently driving non-equilibrium chemistry is discussed. The advantage of a flowing plasma reactor is that continuous chemical processes can be driven with the flexibility of startup times in the seconds timescale. The plasma approach is generically suitable for conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. Here the reduction of CO2 to CO is used as a model system: the complementary diagnostics illustrate how a baseline thermodynamic equilibrium conversion can be exceeded by the intrinsic non-equilibrium from high vibrational excitation. Laser (Rayleigh) scattering is used to measure the reactor temperature and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) to characterize in situ internal (vibrational) excitation as well as the effluent composition to monitor conversion and selectivity.

This article describes a flowing microwave reactor that is used to drive efficient non-equilibrium chemistry for the application of conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. The goal of the procedure described here is to measure the in situ gas temperature and gas conversion.

Nicht-Gleichgewicht Microwave Plasma für effiziente Hochtemperatur-Chemie

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose ...

Chemie

An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. The reactions of cold plasma with the surrounding atmosphere yield a variety of reactive species, which can define its effectiveness. While efficient development of cold plasma therapy requires kinetic models, model benchmarking needs empirical data. Experimental studies of the source of reactive species detected in aqueous solutions exposed to plasma are still scarce. Biomedical plasma is often operated with He or Ar feed gas, and a specific interest lies in investigation of the reactive species generated by plasma with various gas admixtures (O2, N2, air, H2O vapor, etc.) Such investigations are very complex due to difficulties in controlling the ambient atmosphere in contact with the plasma effluent. In this work, we addressed common issues of &#39;high&#39; voltage kHz frequency driven plasma jet experimental studies. A reactor was developed allowing the exclusion of ambient atmosphere from the plasma-liquid system. The system thus comprised the feed gas with admixtures and the components of the liquid sample. This controlled atmosphere allowed the investigation of the source of the reactive oxygen species induced in aqueous solutions by He-water vapor plasma. The use of isotopically labelled water allowed distinguishing between the species originating in the gas phase and those formed in the liquid. The plasma equipment was contained inside a Faraday cage to eliminate possible influence of any external field. The setup is versatile and can aid in further understanding the cold plasma-liquid interactions chemistry.

An experimental setup was created for the helium-operated kHz frequency plasma jet. The setup includes a cage for the plasma power supply and jet and an in-house built reactor to monitor plasma-induced reactive species without the interference of the ambient atmosphere.

Ein Atmosphärendruck-Plasma-Setup die reaktive Spezies Formation zur Untersuchung

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. ...

Treating Surfaces with a Cold Atmospheric Pressure Plasma using the COST-Jet

In recent years, non-thermal atmospheric pressure plasmas have been used extensively for surface treatments, in particular, due to their potential in biological applications. However, the scientific results often suffer from reproducibility problems due to unreliable plasma conditions as well as complex treatment procedures. To address this issue and provide a stable and reproducible plasma source, the COST-Jet reference source was developed.
In this work, we propose a detailed protocol to perform reliable and reproducible surface treatments using the COST reference microplasma jet (COST-Jet). Common issues and pitfalls are discussed, as well as the peculiarities of the COST-Jet compared to other devices and its advantageous remote character. A detailed description of both solid and liquid surface treatment is provided. The described methods are versatile and can be adapted for other types of atmospheric pressure plasma devices.

This protocol is presented to characterize the setup, handling, and application of the COST-Jet for the treatment of diverse surfaces such as solids and liquids.

Behandlung von Oberflächen mit einem kalten Atmosphärendruckplasma mit dem COST-Jet

In recent years, non-thermal atmospheric pressure plasmas have been used extensively for surface treatments, in particular, due to their potential in ...

Building Langmuir Probes and Emissive Probes for Plasma Potential Measurements in Low Pressure, Low Temperature Plasmas

Langmuir probes have long been used in experimental plasma physics research as the primary diagnostic for particle fluxes (i.e., electron and ion fluxes) and their local spatial concentrations, for electron temperatures, and for electrostatic plasma potential measurements, since its invention by Langmuir in the early 1920s. Emissive probes are used for measuring plasma potentials. The protocols exhibited in this work serve to demonstrate how these probes may be built for use in a vacuum chamber in which a plasma discharge may be confined and sustained. This involves vacuum techniques for building what is essentially an electrical feedthrough, one that is rotatable and translatable. Certainly, complete Langmuir probe systems may be purchased, but they can also be built by the user at considerable cost savings, and at the same time be more directly adapted to their use in a particular experiment. We describe the use of Langmuir probes and emissive probes in mapping the electrostatic plasma potential from the body of the plasma up to the sheath region of a plasma boundary, which in these experiments&#160;is created by a negatively biased electrode immersed within the plasma, in order to compare the two diagnostic techniques and assess their relative advantages and weaknesses. Although Langmuir probes have the advantage of measuring the plasma density and electron temperature most accurately, emissive probes can measure electrostatic plasma potentials more accurately throughout the plasma, up to and including the sheath region.

The main goal of this work is to make it easier for research groups unfamiliar with Langmuir probes and emissive probes to use them as plasma diagnostics, especially near plasma boundaries. We do this by demonstrating how to build the probes from readily available materials and supplies.

Bau von Langmuir-Sonden und Emissionssonden für Plasmapotentialmessungen in Niederdruck- und Niedertemperaturplasmen

Langmuir probes have long been used in experimental plasma physics research as the primary diagnostic for particle fluxes (i.e., electron and ion fluxes) ...

Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy: Principle

Inductively coupled plasma (ICP) is the most widely used plasma source in atomic emission spectroscopy (AES), also known as Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES). The ICP source, or torch, consists of three concentric quartz tubes with argon gas flowing through them. A spark from a Tesla coil initiates the ionization of argon, generating a high-temperature plasma.
The ions and electrons produced interact with the fluctuating magnetic field created by a water-cooled induction coil powered by a radio-frequency generator. This interaction leads to ohmic heating, forming a high-temperature plasma and providing an optimal environment for elemental analysis. Sample introduction in ICP-AES can be achieved using different methods, such as a concentric glass nebulizer or electrothermal vaporization. In the former, the sample is transported by the Bernoulli effect with the help of high-velocity argon gas, forming fine droplets that enter the plasma. In the latter, the sample is vaporized in a furnace before being introduced into the plasma via a stream of argon.
Configurations for ICP spectrometers include radial or axial viewing. Horizontally oriented, axially viewed plasma is ideal for high-sensitivity analyses. It features a unique cooled cone interface (CCI) that prevents the optics from considering the cooler plasma tail, reducing interferences and improving the system&#39;s tolerance to high dissolved solids. Vertically oriented, radially viewed plasma is suitable for challenging applications, such as the analysis of oils, organic solvents, geological/metal digests, and high total dissolved solids (TDS) solutions.
Isothermal contours depict the range of temperatures experienced by sample atoms in the plasma during their residence time before reaching the observation point. This results in more complete atomization and fewer chemical interferences. The ICP source in AES offers numerous advantages, including chemically inert atomization, uniform temperature distribution, linear calibration curves over a wide range of concentrations, and significant ionization, making it an excellent choice for ICP-MS applications.

Atomemissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma: Prinzip

Inductively coupled plasma (ICP) is the most widely used plasma source in atomic emission spectroscopy (AES), also known as Inductively Coupled Plasma ...

Wie man eine Atmosphärischer Druck Mikrowellenplasmabrenner zünden ohne zusätzliche Zünder

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Flammen-Experimente an der Advanced Light Source: Neue Einblicke in Rußbildung Prozesse

Simultane Synthese von einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Graphen in einem magnetisch-enhanced Arc Plasma

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Emissionsspektroskopische Grenzschichtuntersuchung während ablative Materialprüfung in Plasmatron

Nicht-Gleichgewicht Microwave Plasma für effiziente Hochtemperatur-Chemie

Ein Atmosphärendruck-Plasma-Setup die reaktive Spezies Formation zur Untersuchung

Behandlung von Oberflächen mit einem kalten Atmosphärendruckplasma mit dem COST-Jet

Bau von Langmuir-Sonden und Emissionssonden für Plasmapotentialmessungen in Niederdruck- und Niedertemperaturplasmen

Atomemissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma: Prinzip

Atomemissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma: Prinzip