Collaborative Research: Understanding Plasma-Liquid Interactions Through Controlled Plasma-Microdroplet Experiments and Modeling
合作研究:通过受控等离子体-微滴实验和建模了解等离子体-液体相互作用
基本信息
- 批准号:1903151
- 负责人:
- 金额:$ 20万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-08-01 至 2022-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
This collaborative research project between University of Minnesota-Twin Cities and University of Michigan-Ann Arbor will study the interaction of a water droplet with an atmospheric pressure plasma - a reactive gas of neutral atoms and molecules, charged radicals and ions, and electrons. Chemically reactive liquids are used throughout society, from cleaning fluids in the home to customized solutions for pharmaceutical manufacturing; and now increasingly in biomedical applications. Customizing the reactivity of these liquids is a challenge, particularly when the active species have short lifetimes. Atmospheric pressure plasmas are an ideal medium to produce chemical reactivity; and plasma-liquid interactions leverage the ability to generate chemically reactive species in plasmas to produce unique chemical reactivity in the liquid. This project will also develop and support an annual one-week US Low Temperature Plasma School aimed to provide opportunities for graduate students from across the country to be immersed in low temperature plasma science and learn from leading researchers in their field.In this research project, the interaction of a single water droplet with a controlled diffuse cold atmospheric pressure plasma will be investigated with the goal of quantifying the reaction of plasma produced species with liquids. The reaction kinetics occurring near the boundary between the gas plasma and liquid, resulting in interfacial transport, becomes increasingly complex when transport and reactivity are highly coupled. This is often the case when transport includes short-lived highly reactive species as in both the plasma and liquid phases, and species transfer is transport limited. Plasma activation of aerosols and small liquid droplets interspersed in the gas plasma provides opportunities to reduce transport limits to a minimum. The experimental apparatus at University of Minnesota will uniquely enable the investigation of plasma interactions with a single droplet of known initial and final composition, passing through a well-characterized plasma. Multi-phase plasma modeling at University of Michigan will comprehensively address this complex system. The anticipated results will, in particular, elucidate droplet charging, plasma induced droplet evaporation, transport mechanisms of short-lived species and convective transport effects.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
明尼苏达大学双城分校和密歇根大学安娜堡分校之间的合作研究项目将研究水滴与大气压等离子体的相互作用,等离子体是一种由中性原子和分子、带电自由基和离子以及电子组成的反应气体。化学反应液体在整个社会中得到广泛应用,从家庭清洁液到制药生产的定制解决方案;现在越来越多地应用于生物医学领域。 定制这些液体的反应性是一项挑战,特别是当活性物质的寿命很短时。大气压等离子体是产生化学反应的理想介质;等离子体-液体相互作用利用在等离子体中产生化学活性物质的能力,在液体中产生独特的化学反应性。 该项目还将开发和支持每年一度为期一周的美国低温等离子体学校,旨在为来自全国各地的研究生提供沉浸在低温等离子体科学并向其领域的领先研究人员学习的机会。在这个研究项目中,将研究单个水滴与受控扩散冷大气压等离子体的相互作用,目的是量化等离子体产生的物质与液体的反应。 当传输和反应性高度耦合时,在气体等离子体和液体之间的边界附近发生的反应动力学导致界面传输变得越来越复杂。当传输包括等离子体和液相中的短寿命高活性物质时,通常会出现这种情况,并且物质转移受到传输限制。气溶胶和散布在气体等离子体中的小液滴的等离子体活化提供了将传输限制降至最低的机会。 明尼苏达大学的实验装置将独特地研究等离子体与已知初始和最终成分的单个液滴穿过特征良好的等离子体的相互作用。密歇根大学的多相等离子体建模将全面解决这个复杂的系统。预期的结果将特别阐明液滴充电、等离子体诱导液滴蒸发、短寿命物种的传输机制和对流传输效应。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和评估进行评估,被认为值得支持。更广泛的影响审查标准。
项目成果
期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Rapid inactivation of airborne porcine reproductive and respiratory syndrome virus using an atmospheric pressure air plasma
使用大气压空气等离子体快速灭活空气中的猪繁殖与呼吸综合征病毒
- DOI:10.1002/ppap.201900269
- 发表时间:2020-02-24
- 期刊:
- 影响因子:3.5
- 作者:G. Nayak;Austin J. Andrews;I. Marabella;H. Aboubakr;S. Goyal;B. Olson;M. Torremorell;P. Bruggeman
- 通讯作者:P. Bruggeman
The 2022 Plasma Roadmap: low temperature plasma science and technology
2022年等离子体路线图:低温等离子体科学与技术
- DOI:10.1088/1361-6463/ac5e1c
- 发表时间:2022-07
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Adamovich, I;Agarwal, S;Ahedo, E;Alves, L L;Baalrud, S;Babaeva, N;Bogaerts, A;Bourdon, A;Bruggeman, P J;Canal, C;et al
- 通讯作者:et al
Plasma-droplet interaction study to assess transport limitations and the role of ⋅ OH, O ⋅ ,H ⋅ ,O 2 (a 1 Δ g ),O 3 , He(2 3 S) and Ar(1s 5 ) in formate decomposition
等离子体-液滴相互作用研究,用于评估传输限制以及 α OH、O α 、H α 、O 2 (a 1 α g )、O 3 、He(2 3 S) 和 Ar(1s 5 ) 的作用
- DOI:10.1088/1361-6595/ac2676
- 发表时间:2021-11
- 期刊:
- 影响因子:3.8
- 作者:Nayak, Gaurav;Oinuma, Gaku;Yue, Yuanfu;Santos Sousa, João;Bruggeman, Peter J
- 通讯作者:Bruggeman, Peter J
Controlled plasma–droplet interactions: a quantitative study of OH transfer in plasma–liquid interaction
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- 发表时间:2020-09-04
- 期刊:
- 影响因子:3.8
- 作者:G. Oinuma;G. Nayak;Yanjun Du;P. Bruggeman
- 通讯作者:P. Bruggeman
Plasma-driven solution electrolysis
等离子体驱动溶液电解
- DOI:10.1063/5.0044261
- 发表时间:2021-05-24
- 期刊:
- 影响因子:3.2
- 作者:P. Bruggeman;R. Frontiera;U. Kortshagen;M. Kushner;S. Linic;G. Schatz;Himashi P. Andaraarachchi;S. Exarhos;Leighton O. Jones;C. M. Mueller;C. Rich;Chicheng Xu;Y. Yue;Yi Zhang
- 通讯作者:Yi Zhang
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