Plasma Assisted Generation of Micro- and Nanoparticles

In this research, the peculiarities of micro- and nanoparticles generation are considered. Two techniques of micro- and nanoparticles' formation using electric arc and underwater discharge plasma sources are proposed. Molybdenum oxide crystals were deposited on side surface of the bottom electrode (anode) of the free-burning discharge between metallic molybdenum electrodes. Friable layer of MoO3, which consists of variously oriented transparent prisms and platelets (up to few hundreds of $mu;m in size), was formed by vapor deposition around the electrode. In the second technique, plasma of the underwater electric spark discharges between metal granules was used to obtain stable colloidal solutions with nanoparticles of 20-100 nm sizes

Non-equilibrium plasma properties of electric arc discharge in air between copper electrodes

Spectroscopy investigations of plasma of free burning electric arc discharge as well as discharge in air flow of 6.45 slpm at currents 3.5, 30, 50 and 100 A were carried out. Plasma state deviation from thermodynamic equilibrium was found at arc current 100 A. Two-temperatures model was used to estimate plasma composition at arc current 100 A.Выполнены спектроскопические исследования плазмы свободно горящего электродугового разряда, а также разряда в потоке воздуха 6,45 л/мин при силах тока 3,5, 30, 50 и 100 А. Установлено отклонение состояния плазмы от термодинамического равновесия при силе тока 100 А. Использована двухтемпературная модель для оценки состава плазмы при силе тока 100 А.Виконані спектроскопічні дослідження плазми вільно існуючого електродугового розряду, а також, розряду в потоці повітря 6,45 л/хв при силах струму 3,5, 30, 50 и 100 А. Встановлено відхилення стану плазми від термодинамічної рівноваги при силі струму 100 А. Використано двотемпературну модель для оцінки складу плазми при силі струму 100 А

Etude d'un arc impulsionnel immergé à l'aide de deux dispositifs expérimentaux

International audienc

Investigation of electric arc discharge plasma between one-component Cu and Ni and composite Ag-Ni electrodes

Plasma of electric arc between one-component Cu and Ni and composite Ag-Ni electrodes was studied by means of optical emission spectroscopy. Radial temperature profiles of plasma column were obtained using Boltzmann plot techniques at arc currents of 3.5 and 30 A. Radial distributions of plasma electron density of electric arc discharge between Cu and Ni and Ag-Ni electrodes were measured as well at currents 3.5 and 30 A. Equilibrium of plasma composition was calculated. The properties of material erosion processes on the electrodes’ surface are studied.Методами оптической спектроскопии исследована плазма электродугового разряда между однокомпонентными Cu и Ni и композитными Ag-Ni-электродами. С помощью диаграмм Больцмана получены радиальные распределения плазменного столба для дуги током 3,5 и 30 А. Проведены измерения радиальных распределений электронной концентрации плазмы дугового разряда током 3,5 и 30 А между Cu и Ni и Ag-Ni-электродами. Рассчитан равновесный состав плазмы. Исследованы свойства эрозионных процессов материала на поверхности электродов.Методами оптичної емісійної спектроскопії досліджена плазма електродугового розряду між однокомпонентними Cu та Ni і композитними Ag-Ni електродами. Радіальні розподіли температури плазмового стовпа отримані з діаграм Больцмана для дуги струмом 3,5 та 30 А. Виміряні радіальні розподіли електронної концентрації плазми дугового розряду струмом 3,5 та 30 А між Cu та Ni and Ag-Ni-електродами. Розрахований рівноважний склад плазми. Досліджені властивості ерозійних процесів матеріалу на поверхні електродів

Thermal plasma of electric arc discharge in air between composite Cu-C electrodes

The complex technique of plasma property studies is suggested. As the first step the radial profiles of temperature and electron density in plasma of free burning electric arc discharge in air between Cu-C composite and brass electrodes, as well as copper electrodes in air flow, were measured by optical emission spectroscopy techniques. As the next step the radial profiles of electric conductivity of plasma mixture were calculated by solution of energy balance equation. The electron density is obtained from electric conductivity by calculation in assumption of local thermodynamical equilibrium in plasma.Предложена комплексная методика исследования плазмы. На первом этапе методами оптической эмиссионной спектроскопии проводились измерения радиальных распределений температуры и электронной концентрации в плазме электродугового разряда в воздухе между композитными Cu-C и латунными электродами, а также медными электродами в потоке воздуха. На следующем этапе рассчитывались радиальные распределения электропроводности плазменной смеси путем решения уравнения энергетического баланса. Распределение электронной концентрации получено из электропроводности плазмы в допущении локального термодинамического равновесия.Запропонована комплексна методика дослідження плазми. На першому етапі методами оптичної емісійної спектроскопії проводились дослідження радіальних розподілів температури та електронної концентрації в плазмі електродугового розряду в повітрі між композитними Cu-C та латунними електродами, а також мідними електродами в потоці повітря. Наступним кроком розраховувались радіальні розподіли електро-провідності плазмової суміші шляхом розв’язку рівняння енергетичного балансу. Розподіл електронної концентрації отримали з електропровідності плазми в припущенні локальної термодинамічної рівноваги

Optical emission spectroscopy of plasma of underwater electric spark discharges between metal granules

This paper presents series of experiments carried out with granules of Cu, Fe, Mn and Mo. Optical emission spectroscopy techniques were applied for research of the emission spectra of corresponding elements and improvement of the diagnostics of such plasma. Excitation temperature of plasma of underwater spark discharges between copper granules was determined using Boltzmann plot technique. The electron density of the plasma was estimated from broadening of hydrogen Hα line.Представлены серии экспериментов, проведенных с использованием гранул Cu, Fe, Mn и Mo. Спектры излучения соответствующих элементов были получены методами оптической эмиссионной спектроскопии. С их же помощью проводилась диагностика такой плазмы. Используя метод диаграмм Больцмана была получена температура возбуждения электронных уровней плазмы подводного электроискрового разряда между гранулами меди. Уширение линии водорода Hα было использовано для оценки величины электронной концентрации плазмы.Представлені серії експериментів, проведених з використанням гранул Cu, Fe, Mn і Mo. Спектри випромінювання відповідних елементів були отримані методами оптичної емісійної спектроскопії. Із залученням цих же спектрів виконувалась діагностика такої плазми. Температура збудження електронних рівнів плазми підводного електроіскрового розряду між гранулами міді порахована методом діаграм Больцмана. Уширення лінії водню Hα було використане для оцінки величини електронної концентрації плазми

Diagnostics of thermal plasma with Cu and Ni vapour admixtures

This work is devoted to diagnostics of thermal electric arc discharge plasma with copper and nickel vapour admixtures by optical emission spectroscopy and possibility of its usage for investigation of plasma regions near-electrodes surfaces. The spectra of plasma emission from such areas were obtained by registration device with spatial and spectral resolution. The Boltzmann plot technique was used to determine the radial distribution of plasma temperature of arc discharge channel in different cross-sections. Namely, the regions of arc discharge plasma in the vicinity of cathode and anode surfaces in the two different configuration of electrodes assembly (copper as a cathode, nickel as an anode and vice versa) were investigated.Присвячено діагностиці термічної плазми електродугового розряду з домішками парів міді та нікелю методами оптичної емісійної спектроскопії та можливості застосування цих методів для дослідження областей плазми поблизу поверхонь електродів. Спектри випромінювання плазми з таких ділянок отримані із застосуванням оптичної схеми з просторовою та спектральною роздільними здатностями. Для визначення радіальних розподілів температури плазми в каналі дугового розряду в різних поперечних перерізах використовувався метод діаграм Больцмана. Зокрема, досліджено області плазми дугового розряду поблизу поверхонь катода та анода у двох різних конфігураціях електродного вузла (мідний катод, нікелевий анод і навпаки)

Plasma of underwater electric discharges with metal vapors

This paper deals with spectroscopy of underwater electric discharge plasma with. In particular, the focus is on configuration where the electrodes are immersed in liquid and its application in nanoscience and biotechnology. General overview of the experimental approach adopted by authors aiming to study the water-submerged electrical discharge plasma and effects of various parameters on its properties is described. The electron density was estimated on the base of spectral line broadening and shifting.Pозглядаються особливості спектроскопії плазми підводного електричного розряду з домішками парів металів та його застосування в нано- та біотехнологіях. Зокрема, досліджується розряд між двома зануреними у воду металевими електродами. Наводиться детальний опис експериментальної методики з реалізації спектроскопічної діагностики плазми такого розряду. Концентрацію електронів оцінили на основі розширення та зсуву спектральної лінії.Pассматриваются особенности спектроскопии плазмы подводного электрического разряда с примесями паров металлов и его применения в нано- и биотехнологиях. В частности, исследуется разряд, возникающий между двумя погруженными в воду металлическими электродами. Приводится детальное описание экспериментальной методики по реализации спектроскопической диагностики плазмы такого разряда. Концентрацию электронов оценили на основе расширения и сдвига спектральной лини

Enrichment of colloidal solutions by nanoparticles in underwater spark discharge

The underwater spark discharge between manganese granules was studied. Optical emission spectroscopy meth-ods were used for diagnostics of such discharge plasma. The colloidal solution with manganese nanoparticles was produced by this discharge. The biological applications of this colloid were analyzed. The mechanism of metallic nanoparticle action and their transformation at interacting with biological objects were studied in Alternaria alternata culture.Исследовали подводный искровой разряд между гранулами марганца. Для диагностики такой разрядной плазмы использовали методы оптической эмиссионной спектроскопии. Этот разряд использовался для приготовления коллоидного раствора с наночастицами марганца. Проанализированы биологические применения такого коллоида. Механизм воздействия наночастиц металла и их трансформация при взаимодействии с биологическими объектами изучались на культуре Alternaria alternata.Досліджували підводний іскровий розряд між гранулами марганцю. Для діагностики такої розрядної плазми використовували методи оптичної емісійної спектроскопії. Цей розряд використовували для приготування колоїдного розчину з наночастинками марганцю. Проаналізовані біологічні застосування цього колоїду. Механізм дії наночастинок металу та їх трансформація при взаємодії з біологічними об'єктами вивчалися на культурі Alternaria alternata

Spectroscopy of plasma with metal vapor admixtures

Wide class of diagnostic techniques of plasma of electric discharges in gases and liquids is presented. The admixture of metals vapors in plasma is common feature of these discharges. This one not only changes plasma properties, but gives an opportunity for its diagnostics. Experimental techniques, which allow to define electric arc discharge plasma properties in different media, and after all, plasma composition, are described. The techniques are based on optical emission or laser absorption spectroscopies approaches.Розглядаються методи діагностики плазми електричних розрядів у газах і рідині, відмінною рисою яких є наявність домішок парів металів. Властивості досліджуваної плазми, а також особливості її діагностики повністю визначаються такими домішками. Описані експериментальні методики дозволяють визначати не лише параметри, але і cклад плазми електричних розрядів у різних середовищах. У рамках цього дослідження використані методи оптичної емісійної або лазерної абсорбційної спектроскопії.Рассматриваются методы диагностики плазмы электрических разрядов в газах и жидкости, отличительной особенностью которых является наличие примесей паров металлов. Свойства исследуемой плазмы, а также особенности ее диагностики полностью определяются такими примесями. Описанные экспериментальные методики позволяют определять не только параметры, но и состав плазмы электрических разрядов в различных средах. В работе использованы методы оптической эмиссионной или лазерной абсорбционной спектроскопии