In-Flight Size Focusing of Aerosols by a Low Temperature Plasma
In-Flight Size Focusing of Aerosols by a Low Temperature Plasma
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通过低温等离子体对飞行中的气溶胶进行尺寸聚焦
DOI：
10.1021/acs.jpcc.7b03572
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发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Thimsen, Elijah
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Uner, Necip B.;Thimsen, Elijah
热力学决定了所有化学和物理过程的方向。在气溶胶的情况下，熵的最大化导致的尺寸分布的扩大，因为系统的进展向平衡。预期随着气溶胶的老化，其粒径分布会变宽。与此预期相反，在这项工作中，我们证明了在低温等离子体中的独特的非平衡环境可以修改颗粒材料，使尺寸分布更窄。制备了由多分散尺寸分布的铋颗粒组成的亚微米气溶胶，并使其通过低温氩等离子体。对于等离子体在接近室温下操作的较低功率，将进入的多分散气溶胶转化为几何标准偏差约为1.1的单分散气溶胶，质量产率为65%。该过程发生的机制涉及粒子在接近室温的等离子体中蒸发，这导致金属蒸气的过饱和度非常大。粒子加热和溅射离子轰击作为可能的机制进行了讨论，导致蒸发，导致尺寸分布的变化，使其更窄。
Thermodynamics dictate the direction of all chemical and physical processes. In the case of aerosols, maximization of entropy leads to a broadening of the size distribution as the system proceeds toward equilibrium. The expectation is that as an aerosol ages, the size distribution will broaden. Contrary to this expectation, in this work we demonstrate that the unique nonequilibrium environment in a low temperature plasma can modify particulate materials to make the size distribution narrower. Submicrometer aerosols composed of bismuth particles with a polydispersed size distribution were prepared and passed through a low temperature argon plasma. For lower powers at which the plasma operated near room temperature, the incoming polydispersed aerosol was converted into a monodispersed aerosol of geometric standard deviation approximately 1.1 with 65% mass yield. The mechanism by which the process took place involved the particles vaporizing in the plasma operating at near room temperature, which resulted in very large supersaturation of metal vapor. Particle heating and sputtering by ion bombardment are discussed as possible mechanisms leading to vaporization that causes the change in the size distribution to make it narrower.
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