使用 COST-Jet 对表面进行常压低温等离子体处理

通过遵循本方案的步骤，任何科研人员都应能够搭建COST-jet装置，测量施加的功率，并以可重复的方式将装置产生的常压等离子体作用于固体或液体基底。将COST-jet应用于生物样本等样品时，可实现不同研究团队之间研究结果的直接比较，以及模拟与实验之间的直接对比。当应用于生物基底和液体等复杂体系时，COST-jet能够帮助我们有效简化问题，聚焦于关键的科学问题。

处理前，使用全金属气体管路搭建供气系统，完成实验装置的准备工作。选择质量流量控制器用于提供进料气体，避免使用任何聚四氟乙烯（TPFE）或类似的塑料管路。通过多个质量流量控制器组成的系统实现反应气体的混合。

对于较小的混合物，使用台式混合装置以缩短混合所需时间。在气体供应管线与喷嘴之间安装一个阀门。在表面处理前，通过抽气并重新充气约三次来清洁气体供应管线。

向系统中添加一个泵并启动，然后关闭泵并打开气体流量。添加分子筛阱或冷阱。将COST-jet装置连接至气体供应源和电源，再将集成的电探针连接至示波器。

正确校准商用电压探头。通过卸下两颗螺丝打开COST-jet外壳，将商用电压探头连接至带电的铜线以及喷嘴的接地部分。随后，执行探头校准程序。

对COST喷嘴施加一个小电压，并使用螺丝刀调节LC电路的可变电容器，以达到最佳耦合状态。通过线性回归比较实际电压与测量电压，进行电压校准，并计算校准常数。移除商用电压探头并关闭COST喷嘴外壳。

再次向COST喷嘴施加一个小电压，并使用螺丝刀调节LC电路的可变电容器，以达到最佳耦合状态。利用质量流量控制器，将氦气的气体流速设置为约每分钟一标准升。打开气体供应系统与COST喷嘴之间的阀门，然后向电极施加低电压，并逐步增加电压幅值，直至等离子体点燃。

让设备预热约20分钟。将监测COST喷射电压和电流的示波器连接至计算机。启动COST电源监控软件，并切换到设置面板。

填写连接到示波器的正确通道以及校准常数。关闭气体流量，并施加一个处于放电实际运行时典型电压范围内的电压。切换到扫描面板，在等离子体仍关闭时，通过按下“查找”按钮采集参考相位。

找到参考相位后，重新打开气体。按开始和暂停按钮以启动或暂停电学测量。在进行任何处理之前，需清洁气体供应管路，设置控制参数，并按照之前所述让设备预热一段时间。

对于固体表面处理，选择 COST-jet 与被处理表面之间的距离。通过开启等离子体或使用机械快门来启动处理时间。如有必要，可使用纹影成像技术检查目标前方的气体流动模式。

进行液体处理时，将待处理液体倒入合适的容器中，并考虑气体流动对液面的影响。开始处理过程。避免因气体流量突然变化而在液面产生压力波动，以免导致液体飞溅至放电区域。

使用机械快门或缓慢增加气体流量。需考虑中性气体流与液体表面之间的摩擦所导致的液体混合。本方案已用于将 COST 射流应用于不同的表面和液体。

为了验证该设备的可靠性，使用每分钟一标准升的气体流量，在五个不同的COST射流装置中产生的氦等离子体的电功率进行了测量。图中每种颜色代表其中一个装置。所有装置均表现出相似的行为，偏差源于功率测量的不确定性以及装置之间在微观结构上的差异。

此处展示了ACH薄膜经COST喷射源处理三分钟后所得到的刻蚀轮廓。该图案呈现出代表等离子体羽流柱对称性的圆形结构。结合数值模拟与刻蚀轮廓，可估算原子氧的表面损失概率。

液体中的涡旋是由气流冲击液体表面引起的。通过激光片光源照射液体中的示踪粒子，可以利用粒子图像测速技术观察这些粒子的运动轨迹和速度。等离子体射流气体通道下方液体表面形成的凹陷也可被观察到。

本方案最重要的部分是尽可能保持系统的可重复性。这需要通过精确测量功率以及清洁气体供应管路以避免任何杂质来实现。采用本方案后，COST射流可重复地应用于各种类型的样品。