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一. 大气压冷等离子体技术

低气压冷等离子体技术是微电子制造、薄膜制备、光源与显示器件的关键技术,年产值相当于中国GDP8%。相比而言,大气压冷等离子体无需真空腔,因而应用面更广、操作更简单、且成本大幅度降低。本中心面向生物医学、环境保护应用,研究大气压冷等离子体自身的一系列科学与技术问题。主要包括如下2个方面 

1)      等离子体源与电源技术。研制了沿面介质阻挡放电源、等离子体射流源、矩阵射流源等大气压冷等离子体源,可产生高稳定性、高活性、大面积的等离子体;等离子体源需要配合高性能的电源,研制了低频高压脉冲等离子体源、中频高压正弦等离子体源,正在进行中高频脉冲等离子体源的开发。


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     沿面放电等离子体源结构与放电图像

 

     2)      等离子体的仿真与诊断。大气压冷等离子体中耦合了多种物理过程与复杂的化学转化关系,如何从微观上定量描述等离子体中活性粒子的行为是一个关键的科学问题和技术发展的瓶颈。本中心采用仿真与实验诊断相结合的研究方法,建立了等离子体的0维化学动力学模型和1维流体模型,并采用光谱法、质谱法等先进的实验诊断方法,对等离子体中活性粒子时空分布状态及其内在机制进行了系统的、深入的研究。


   

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                                多种放电频率下电子密度与电子温度时空分布

  二. 等离子体医学

   等离子体医学是当前国际前沿的研究热点,在消毒杀菌、皮肤病治疗、创伤治疗、洁牙、美容、癌症治疗等方面展现了广阔的应用前景。等离子体医学研究中心目前主要针对大气压冷等离子体的仿真与诊断、等离子体与水溶液相互作用、等离子体皮肤组织(细胞)的相互作用、等离子体抗生素几个方面开展研究工作。



      1.研究方向1:等离子体与水溶液相互作用

    等离子体医学应用中,被处理物往往处于水溶液环境中,因此研究等离子体与水溶液的相互作用具有重要价值。

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                       He+O2等离子体处理水溶液过程中的活性粒子渗透情况


  2. 研究方向2等离子体与皮肤组织的相互作用

 研究了等离子体对皮肤组织的电效应和热效应,定量获取了对皮肤热刺激和不可逆烧伤所对应的等离子体参数范围。

      

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                                                                 等离子体作用下皮肤内部温度分布

   

   3 . 研究方向3:等离子体抗生素

等离子体在处理细菌和肌体细胞上具有选择性。在一定参数范围内,可以快速杀灭病原体,并且不会对肌体细胞造成伤害。在新的药物抗生素日益减少的今天,等离子体抗生素或将替代部分药物抗生素功能。

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                                          等离子体处理前(a)和处理后(b)细菌的分布


   4. 研究方向4:研究方向4:等离子体癌症治疗

   等离子体可有效杀灭各种肿瘤细胞,而且在一定的等离子体参数及剂量下,等离子体在杀灭肿瘤细胞的同时,并不会对周围的正常细胞有很大的伤害。我们的目标即是阐明等离子体选择性杀死肿瘤细胞的分子机制,以便更好地调控等离子体,使之成为肿瘤治疗新的有效手段。

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等离子体粒子空间分布对肿瘤细胞的不同作用效果



      三.等离子体在环境保护领域的应用

     随着我国能源消费的持续增长和生物化学工业的快速发展,工业排放的二氧化硫、氮氧化物、可挥发性有机化合物及粉尘(PM10PM2.5等)污染了大气环境,而重金属、持久性有机污染物等污染了耐以生存的水源,环境保护已成为人类当前面临的关键问题。低温等离子体用于环境保护已有数十年的研究历史,已成功应用于工业锅炉烟气与汽车尾气治理,以及饮用水杀菌等领域。本中心重点研究等离子体室内空气净化及其对持久性有机污染物的去除。



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                                                                              图片来源:网络

    

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                                                             等离子体室内空气净化机外形图

   

    我中心创新性采用雾化加湿与等离子体技术相结合的方法,开发了一套室内空气净化样机,可以大量产生对人体有益的负氧离子(出口处浓度达104/cm3),高效去除PM2.5甲醛等污染物,且检测不到副产物(O3