پژوهش سیستم های بس ذره ای

پژوهش سیستم های بس ذره ای

شبیه سازی یک بعدی تخلیه الکتریکی با مانع دی الکتریک در گاز نیتروژن فشار اتمسفری با اضافه کردن 10% اکسیژن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی کامل

نویسنده
گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران
چکیده
تخلیه‌های الکتریکی با سد دی الکتریک با ترکیب گازی نیتروژن- اکسیژن به خاطر اثرات مثبت در اصلاح سطوح و استریلیزاسیون به شدت مورد توجه هستند. در بین تمام ترکیبات، ترکیب گازی 90% نیتروژن- 10% اکسیژن به خاطر پایداری پلاسما و فعالیت شیمیایی شدید آن از اهمیت زیادی برخوردار است. در این مطالعه، یک مدل سیالی یک بعدی برای بررسی مشخصات فیزیکی-شیمیایی تخلیه الکتریکی با مانع دی الکتریک در ترکیب گازی 90% نیتروژن-10% اکسیژن با فشار اتمسفر استفاده می‌شود. برای این منظور از کد کامسول برای بررسی مشخصات تخلیه از جمله منحنی جریان-ولتاژ و تولید و نابودی ذرات فعال تحت یک ولتاژ سینوسی با دامنه 8 کیلوولت و فرکانس 10 کیلوهرتز استفاده می‌شود. شبیه سازی نشان می‎دهد که این ترکیب در عین حال که پلاسمای نسبتا پایداری تولید می‌کند به قوس یا جرقه و یا تخلیه رشته‌ای تبدیل نمی‌شود. همچنین، این نتیجه از شبیه سازی به دست می‌آید که بیشترین یون در فضای تخلیه، یون +2 Oاست در حالیکه تنها ده درصد از کل گاز را اکسیژن تشکیل می‌دهد. همچنین بیشترین ذرات فعال در این لحظه به ترتیب اتم‌های اکسیژن، مولکول‌های NO، و مولکول‌های اوزون هستند که این ترکیب گازی را ترکیبی مناسب جهت انجام فرآیندهای استریلیزاسیون و اصلاح سطح می‌کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

One-dimensional simulation of dielectric barrier discharge at atmospheric pressure Nitrogen gas with the addition of 10% Oxygen

نویسنده English

Azadeh Barjasteh
Department of Physics, Faculty of Basic Science, Lorestan University, Khoram Abad, Iran
چکیده English

Dielectric barrier discharges with a nitrogen-oxygen gas mixture are of great interest due to their positive effects on surface modification and sterilization. Among all the mixtures, the 90% nitrogen-10% oxygen gas mixture is of great importance due to its plasma stability and strong chemical activity. In this study, a one-dimensional fluid model is used to investigate the physicochemical characteristics of dielectric barrier discharge in a 90% nitrogen-10% oxygen gas mixture at atmospheric pressure. For this purpose, the COMSOL code is used to investigate the discharge characteristics, including the current-voltage curve and the generation and destruction of active particles under a sinusoidal voltage with an amplitude of 8 kV and a frequency of 10 kHz. The simulation shows that this combination does not turn into an arc or spark, or filament discharge while producing a relatively stable plasma. Also, the simulation results show that the most abundant ion in the discharge space is the +2 O ion, while only ten percent of the total gas is oxygen. Also, the most abundant active particles at this moment are oxygen atoms, NO molecules, and ozone molecules, respectively, which makes this gaseous mixture a suitable mixture for sterilization and surface modification processes.

کلیدواژه‌ها English

Dielectric Barrier Discharge
Nitrogen discharge simulation
Oxygen
discharge properties
[1] A. Barjasteh, et al., Cold atmospheric pressure plasma: a growing paradigm in diabetic wound healing-mechanism and clinical significance. International Journal of Molecular Sciences, 24 (2023) 16657. DOI: 10.3390/ijms242316657.
[2] A. Barjasteh, et al., Recent progress of non-thermal atmospheric pressure plasma for seed germination and plant development: current scenario and future landscape. Journal of Plant Growth Regulation. 42(2023) 5417–5432. DOI: 10.1007/s00344-023-10979-0.
[3] A. Barjasteh, et al., Cold Atmospheric Pressure Plasma Solutions for Sustainable Food Packaging. International Journal of Molecular Sciences,  25(2024) 6638. DOI: 10.3390/ijms25126638.
[4] Y. Choi, J. Kim, and Y. Hwang, One-dimensional discharge simulation of nitrogen DBD atmospheric pressure plasma. Thin Solid Films. 506 (2006). 389–395. DOI: 10.1016/J.TSF.2005.08.103
[5] T. Kisch., et al., The repetitive use of non-thermal dielectric barrier discharge plasma boosts cutaneous microcirculatory effects. Microvascular Research, 106(2016) 8–13. DOI: 10.1016/j.mvr.2016.02.008.
[6] G. Isbary, et al., A first prospective randomized controlled trial to decrease bacterial load using cold atmospheric argon plasma on chronic wounds in patients. British Journal of Dermatology, 163(2010) 78–82. DOI: 10.1111/j.1365-2133.2010.09744.x.
[7] F. Sohbatzadeh, and H. Soltani, Time-dependent one-dimensional simulation of atmospheric dielectric barrier discharge in N2/O2/H2O using COMSOL Multiphysics. Journal of Theoretical and Applied Physics. 12 (2018) 53–63. DOI: 10.1007/s40094-018-0281-4.
[8] J. Liu, et al., Plasma-assisted ammonia synthesis in a packed-bed dielectric barrier discharge reactor: effect of argon addition. Vacuum, 197 (2022) 110786. DOI: 10.1016/j.vacuum.2021.110786.
[9] M. Akter, et al., Inactivation of infectious bacteria using nonthermal biocompatible plasma cabinet sterilizer. International Journal of Molecular Sciences, 21 (2020) 8321. DOI: 10.3390/ijms21218321.
[10] J. McClurkin, .et al., Half-life time of ozone as a function of air movement and conditions in a sealed container. Journal of Stored Products Research, 55 (2013) 41–47. https://doi.org/10.5073/jka.2010.425.167.326.
[11] C.V. Suschek, et al., The application of cold atmospheric plasma in medicine: The potential role of nitric oxide in plasma-induced effects. Clinical Plasma Medicine, 4 (2016) 1–8. https://doi.org/10.1016/j.cpme.2016.05.001.
[12] O. Nedela, et al., Surface modification of polymer substrates for biomedical applications. Materials, 10 (2017) 1115.‏
دوره 15، شماره 3 - شماره پیاپی 46
پاییز1404
پاییز 1404
صفحه 25-36

  • تاریخ دریافت 07 تیر 1404
  • تاریخ بازنگری 09 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 14 شهریور 1405