Plasmaerzeugung im elektrischen Feld
ฝัง
- เผยแพร่เมื่อ 25 ส.ค. 2024
- Was ist eigentlich der Townsend Mechanismus? Wie entsteht eine Streamer-Entladung? Antworten liefert UMSICHT-Wissenschaftler Dr.-Ing. Tim Nitsche. Dabei geht er u.a. auf zwei spezielle Anwendungsgebiete ein: die Gasreinigung (Entfernung von Spurengasen) und die Synthese (z.B. Nutzung von CO2).
Die NT-Plasma(-katalyse) ermöglicht Gasphasenreaktionen, wo übliche Katalysatorsysteme aufgrund hoher Aktivierungstemperaturen, komplexer Gasmischungen mit desaktivierenden Substanzen oder dynamischen Prozessbedingungen an ihre Grenzen stoßen. Weitere Informationen sind unter s.fhg.de/75F zu finden.
Das Thema interessiert Dich und Du würdest gerne auf dem Laufenden bleiben? Dann abonniere unseren TH-cam-Kanal: / fraunhoferumsicht .
Weitere Informationen rund um die Forschung am Fraunhofer UMSICHT findest Du in unseren weiteren Social-Media-Kanälen.
LinkedIN: / fraunhofer-umsicht
Twitter: / umsicht
Facebook: / umsicht
Danke Dr. Nitsche, sehr verständlich erklärt. Bitte mehr davon!
Grüße aus Stuttgart!
gerne Mehr davon :D
Absolut verständlich dargestellt. Vielen Dank! Hilft mir enorm für mein Studium
Das freut uns sehr. Wir wünschen viel Erfolg im Studium.
Kann den Kommentar von TourTorial nur zustimmen!
Sehr lehrreich dargestellt, bedanke mich im Namen meiner Studenten!
Danke für das Lob!
Hallo Herr Dr. Nitsche , ich möchte wessen, Was ist besser, um die Bewegung von Elektronen zu verlangsamen: Kunststoff oder Keramik?
Al-Hamdani
Vielen Dank für die Frage.
Grundsätzlich hängt die Verlangsamung der Elektronen von der Abschwächung des elektrischen Feldes im Gasspalt ab. Dieses kann z.B. über das Einbringen eines Isolators / Dielektriums ermöglicht werden, wie es bei der Barrierenentaldung angewendet wird. Wie stark das Feld abgeschwächt wird, hängt von der Dicke und der Permittivität deines Stoffes ab. Kunststoffe haben meist Permittivitäten von 2-5, und mineralische/keramische Materialien sind höher 5. Daher wird bei gleicher Barrierendicke ein Kunststoff in der Regel das elektrische Feld effektiver abschwächen (natürlich gilt das nicht für jedes Material dieser Klasse, sondern für die typischen Vertreter dieser Materialklasse - entscheidend ist am Ende immer der Permittivitätswert).
Aus der Frage ist aber nicht erkennbar, was die Motivation dahinter ist, denn eine Verlangsamung der Elektronen kann auch zur Folge haben, dass das Plasma gar nicht mehr zündet. Desweiteren ist zu erwarten, dass bei vielen Kunststoffen mit einem Plasma mehr chemische Reaktionen möglich sind als z.B bei Keramiken sowie Kunststoffe anfälliger für Temperaturen von mehr als ca. 100°C (je nach Kunststoff) sind. Aus diesen Gründen sind Keramiken für viele Barrierenentladungen bevorzugt, außer es sollen Kunststoffe damit direkt behandelt werden. Vorteile von Kunststoffen können aber dessen bessere Flexibilität bzw. geringere Steifigkeit sein, was ggf. für den Bau des gewählten Plasmareaktorssystems oder andere Appikationen vorteilhaft ist, wenn die chemische Beständigkeit und geringe Temperaturen im Plasma gewährleistet werden können.
Neben dem Material wäre auch eine Verlangsamung der Elektronen über die Spannung bzw. die Barrierendicke möglich.
vielen dank für ihre hilfe, ich bin forscher in medizin bereich. ich möchte die Elektronen noch tiefe in der geweber zu erreichen ohne schaden auf die gewebe zu lassen.
Vielen Dank für dieses sehr gut aufbereitete Video. Ich hätte noch eine Frage bezüglich der Polarität von Streamern. Durch ein Fach im Studium habe ich gelernt, dass die Polarität von Streamern im inhomogenen Feld über die Wahrscheinlichkeit eines Durchschlags entscheidet. Nur leider verstehe ich nicht ganz, wieso bei positiven Spitzen die Durchschlagsspannung geringer ist als bei negativen Spitzen.
Vielen Dank im Voraus
Es gibt positive in negative Streamer. Diese beschreiben das Wachstum der Streamers in Richtung Anode (negativer Streamer) oder Kathode (positiver Streamer). Welches Wachstum auftritt, ist von einer Vielzahl an Parametern abhängig (Gas, elektrische Feldverteilung etc.) und wann welches Wachstum zu erwarten ist, ist meines Wissenstandes nicht ohne weiteres vorherzusagen. Jedoch ist es wohl bekannt, dass positive Streamer schneller wachsen und geringere Zündspannungen brauchen.
Ursache dafür ist, dass der negative Streamer mit dem negativ geladenen Streamerkopf die in seinem Weg befindlichen zusätzlichen freien Elektronen zur Anode mitnimmt, aber aufgrund der gleichen Polarität »zur Seite schiebt«. Somit baut sich um den negativen Streamerkopf eine immer größer werdende Elektronenwolke auf, welche aber aufgrund der gegenseitigen Abstoßung der negativen Ladungen und der hohen Elektronenbeweglichkeit eine geringe Ladungsdichte hat als der ursprüngliche negative Streamerkopf. Dies führt dazu, dass das elektrische Feld aufgrund der größeren Fläche bzw. Volumen des diffus gewachsenen negativen Streamerkopfes abgeschwächt wird.
Beim positiven Streamer dagegen werden die freien Elektronen auf dem Weg dagegen vom positiven Streamerkopf angezogen und reagiert mit diesen, wodurch z.B. über Photoionisationsreaktionen weitere freie Elektronen sowie positive Ladungsträger erzeugt werden. Da hier die positiven Gasmoleküle aufgrund ihrer wesentlich höheren Masse nicht einfach so diffus verteilen können, bleibt der Streamerkopf kompakter und das elektrische Feld ist stärker im Vergleich zu einem negativ wachsenden Streamerkopf.
Somit ist der wesentliche Unterschied die Masse bzw. Beweglichkeit zwischen Elektronen und positiv geladenen Ionen, welche deshalb unterschiedlich mit ihren Streamerköpfen gleicher Ladung interagieren.
Hallo Herr Dr. Nitsche, ich bin Dr. Al-Hamdani(Tierarzt).
Ich möchte wessen, Wie weit können die Elektronen in der Haut reichen? Bei kalt plasma.
Hallo Herr Dr. Al-Hamdani, für die medizinische Anwendung (Wundheilung) wird vorrangig eine dielektrische Barrierenentladung (DBD) genutzt:
Siehe auch - (2) Technologien zur Erzeugung von nicht-thermischem Plasma - th-cam.com/video/50pg-IEUeSg/w-d-xo.html
Dabei wird die Haut nicht kontinuierlich einem Elektronenbeschuss ausgesetzt, da die DBD mit Wechselspannung betrieben wird und somit die Elektronen periodisch einmal Richtung Haut und dann Richtung Plasmaquelle beschleunigt werden. Zusätzlich ist der Elektronenfluss durch die dielektrische Barriere pro Entladungsperiode stark begrenzt. Wie genau z.B. die Wundheilung des Plasmas funktioniert, scheint aber wohl noch nicht so wirklich bekannt.
(In vivo study of non-invasive effects of non-thermal plasma in pressure ulcer treatment - PMC (nih.gov), siehe: www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5884810/ )
Bei der Wirkung des kalten Plasmas bei Zellen in Wasser hingegen hingegen wird weniger durch die Reaktionen von Elektronen mit der Zelle, sondern zum einen durch die erzeugten reaktiven Plasmagase (z.B. Ozon, NO oder auch Radikale und weitere angeregte Spezies) als auch über UV-Strahlung eine Wirkung erzeugt (Non-Thermal Atmospheric-Pressure Plasma Possible Application in Wound Healing (biomolther.org) - siehe www.biomolther.org/journal/view.html?volume=22&number=6&spage=477&year=2014 ). Ich würde vom meinem Wissenstand her auch eher das Gefühl haben, das hier eher die reaktiven Plasmagase die entscheidende Rolle spielen (diese werden auch bei den meisten anderen Oberflächenbehandlungen mit kaltem Plasma als die wesentliche Triebkraft betrachtet).
Zusätzlich gibt es direkte und indirekte Plasmabehandlung. Bei der indirekten Variante ist die Haut von der Plasmaerzeugung weitestgehend entkoppelt und damit spielen da erst recht nur die langlebigen Plasmaspezies im Gas die wesentliche Rolle.
Viele Grüße
Dr.-Ing. Tim Nitsche
NSB