Tratando superfícies com um plasma de pressão atmosférica fria usando o CUSTO-Jet

Seguindo as etapas deste protocolo, qualquer cientista deve ser capaz de configurar o jato COST, medir a potência aplicada e aplicar o plasma de pressão atmosférica gerado no dispositivo em um substrato sólido ou líquido de maneira reprodutível. A aplicação dos jatos COST em amostras como substratos biológicos permite a comparação direta entre os resultados da pesquisa de diferentes grupos, bem como a comparação direta entre simulação e experimento. Quando aplicados a sistemas complexos, como substratos biológicos e líquidos, os COST-jets podem realmente nos ajudar a simplificar o problema e focar na ciência interessante.

Antes do tratamento, prepare a configuração experimental organizando o suprimento de gás com toda a linha de gás metálica. Escolha os controladores de fluxo de massa usados para fornecer o gás de alimentação, evitando qualquer TPFE ou tubulação de plástico semelhante. Realize a mistura de gases reativos com um sistema composto por vários controladores de fluxo de massa.

Para aditivos menores, use uma unidade de contra-mistura para reduzir o tempo necessário para que a mistura seja concluída. Adicione uma válvula entre as linhas de suprimento de gás e o jato. Limpe as linhas de fornecimento de gás antes do tratamento de superfície, bombeando-as e reabastecendo-as aproximadamente três vezes.

Adicione uma bomba ao sistema e ligue-a, depois desligue a bomba e ligue o fluxo de gás. Adicione uma armadilha de peneira molecular ou armadilha fria. Conecte o dispositivo COST-jet a uma fonte de gás e à fonte de alimentação e, em seguida, conecte as pontas de prova elétricas integradas a um osciloscópio.

Compense adequadamente uma sonda de tensão comercial. Abra a carcaça do jato COST-removendo dois dos parafusos e conecte o volume comercialtage sonda à linha de cobre alimentada, bem como à parte aterrada do jato. Em seguida, execute uma rotina de calibração da sonda.

Aplique uma pequena tensão ao COST-jet e ajuste o capacitor variável do circuito LC com uma chave de fenda para obter o acoplamento ideal. Execute uma calibração de tensão comparando a tensão real com a tensão medida usando regressão linear e calcule uma constante de calibração. Remova o volume comercialtage sonda e feche a carcaça do jato COST.

Novamente, aplique uma pequena tensão ao COST-jet e ajuste o capacitor variável do circuito LC usando uma chave de fenda para obter o acoplamento ideal. Configure uma taxa de fluxo de gás de aproximadamente um litro padrão por minuto de hélio usando os controladores de fluxo de massa. Abra a válvula entre o sistema de fornecimento de gás e o jato COST, aplique uma baixa tensão aos eletrodos e aumente a amplitude até que o plasma se inflame.

Deixe a configuração aquecer por aproximadamente 20 minutos. Conecte o osciloscópio que monitora a tensão e a corrente aplicadas ao COST-jet a um computador. Inicie o software COST Power Monitor e mude para o painel Configurações.

Preencha os canais corretos conectados ao osciloscópio e a constante de calibração. Desligue o fluxo de gás e aplique uma tensão que esteja na faixa típica de tensões usadas para a operação real da descarga. Mude para o painel Varredura e faça uma fase de referência enquanto o plasma ainda está desligado pressionando o botão Localizar.

Depois de encontrar a fase de referência, ligue o gás novamente. Pressione o botão Iniciar e Pausar para iniciar ou pausar as medições elétricas. Antes de qualquer tratamento, limpe as linhas de suprimento de gás, defina os parâmetros de controle e permita que a configuração tenha algum tempo de aquecimento conforme descrito anteriormente.

Para tratamento de superfície sólida, escolha a distância entre o COST-jet e a superfície tratada. Inicie o tempo de tratamento ligando o plasma ou usando um obturador mecânico. Se necessário, verifique o padrão de fluxo de gás na frente do alvo usando imagens de Schlieren.

Para o tratamento de líquidos, despeje o líquido a ser tratado em um recipiente adequado, levando em consideração a influência do fluxo de gás na superfície do líquido. Inicie o tratamento. Evite picos de pressão na superfície do líquido devido a uma mudança repentina no fluxo de gás, o que pode causar respingos de líquido na geometria de descarga.

Use um obturador mecânico ou aumente lentamente o fluxo de gás. Leve em consideração a mistura do líquido devido ao atrito entre o fluxo de gás neutro e a superfície do líquido. Este protocolo foi usado para aplicar o COST-jet em diferentes superfícies e líquidos.

Para demonstrar a confiabilidade do dispositivo, a energia elétrica em um plasma de hélio gerado em cinco dispositivos COST-jet diferentes foi medida usando um fluxo de gás de um litro padrão por minuto. Aqui, cada cor representa um dos dispositivos. Todos os dispositivos apresentam comportamento semelhante com desvio originado da incerteza da medição de potência e diferenças microscópicas nas configurações.

O perfil de gravação de um filme ACH para um tratamento de três minutos com o COST-jet é mostrado aqui. O padrão mostra uma estrutura circular representando a simetria cilíndrica do efluente de plasma. A probabilidade de perda de superfície do oxigênio atômico pode ser estimada com base em perfis de gravação em combinação com simulações numéricas.

Os vórtices no líquido são causados pelo fluxo de gás que colide com a superfície do líquido. Uma folha de laser iluminando partículas traçadoras no líquido torna possível observar a trajetória e a velocidade dessas partículas por meio da velocimetria da imagem de partículas. A depressão da superfície do líquido sob o canal de gás do jato de plasma também pode ser observada.

A parte mais importante deste protocolo é manter o sistema o mais reproduzível possível. Isso é feito medindo com precisão a potência, bem como limpando as linhas de suprimento de gás para evitar impurezas. Usando este protocolo, o COST-jet pode ser aplicado a qualquer tipo de amostra de forma reprodutível.