Dưới đây là kết quả đo mật độ điện tử theo sự thay đổi khoảng cách.
Bảng 3.10. Mật độ điện tử của plasma phụ thuộc theo khoảng cách đo d.
d (mm) I (đvtđ) KT (eV) Te (K) 1/ 2(nm) 3 ( ) e n cm 1 64347,60 0,67 7782,50 3,53 3,46.1017 2 52699,00 0,66 7705,10 2,59 2,40.1017 4 53931,00 0,66 7713,98 2,24 2,02.1017 5 49252,00 0,66 7679,22 2,24 2,02.1017 8 15128,80 0,63 7254,10 2,07 1,90.1017 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 Mậ t đ ộ đ iện tử ( x10 17 (cm -3 )) Khoảng cách đo d (mm) Mật độ điện tử
Thông qua kết quả tính toán ở Bảng 3.10 và phân tích đồ thị trên (Hình 3.16) ta thấy rằng mật độ electron trong plasma giảm dần khi ta tăng khoảng cách đo từ 1 mm đến 8 mm. Điều đó chứng tỏ càng xa nguồn phát plasma thì mật độ electron càng giảm xuống. Nguyên nhân do càng xa nguồn thì cường độ các thành phần trong plasma càng giảm dẫn tới tỉ lệ các electron được tạo ra cũng giảm theo. Để giải thích điều này thì chúng ta cần biết rằng càng xa nguồn thì electron càng bị mất năng lượng nhiều do phải di chuyển quãng đường xa hơn. Khi năng lượng electron giảm thì chúng sẽ dễ dàng hơn trong việc tái hợp sau các va chạm không đàn hồi với các ion dương để trở thành hạt trung hòa về điện.
Một quan sát nữa có thể thấy bằng mắt thường là độ sáng của chùm plasma giảm xuống khi đi xa nguồn phát. Ở phía ngoài cùng của chùm plasma ánh sáng phát xạ không còn mạnh và các tia plasma không tập trung dày đặc như vùng trung tâm gần khu vực mũ chụp, nơi chùm plasma bắt đầu đi ra ngoài khí quyển. Quan sát này phù hợp với các số liệu đo đạc và tính toán được. Càng xa nguồn phát thì cường độ các vạch phổ, nhiệt độ electron, mật độ electron cũng giảm xuống chứng tỏ mật độ các hạt ion dương khác cũng giảm xuống. Những kết quả trên kéo theo năng lượng của plasma giảm xuống khi ở xa nguồn phát và làm giảm khả năng phát quang của plasma khi ở xa nguồn phát.
Kết quả mật độ điện tử tính toán được ở trên phù hợp với kết quả của một số nghiên cứu trước đây về mật độ điện tử plasma tính toán theo phương pháp mở rộng Stark của vạch Ar I (696.5 nm) [18].
Các kết quả về mật độ điện tử của plasma áp suất khí quyển khí Argon này cũng khá tương đồng với mật độ điện tử của plasma áp suất khí quyển khí Hydro, khoảng 1017 cm-3 [19].
Qua hai kết quả nghiên cứu ở trên ta thấy rằng mật độ electron phụ thuộc trực tiếp vào hai yếu tố tốc độ dòng khí Ar và khoảng cách đo đạc. Vì vậy ta có thể kiểm soát mật độ electron thông qua hai yếu tố trên. Mật độ electron có liên quan trực tiếp tới sự tồn tại của các thành phần hoạt hóa (các ion năng lượng cao, các ion chậm, các hạt trung tính) trong plasma thông qua hiện tượng tái hợp và va chạm không đàn hồi. Do đó mật độ electron có thể kiểm soát mật độ các thành phần hoạt hóa và việc này sẽ là một hướng đáng để nghiên cứu tiếp trong tương lai. Các thành phần hoạt hóa trong plasma đã và đang trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực từ khoa học tới Y-
sinh học. Từ đó việc kiểm soát được mật độ electron thông qua các hai yếu tố tốc độ khí và khoảng cách có thêm ý nghĩa trong việc nghiên cứu, kiểm soát và ứng dụng các thành phần hoạt hóa khác trong khoa học và Y-sinh học.
Nội dung chính của luận văn có thể tóm lược qua các kết luận sau:
1. Đã thu được quang phổ phát xạ của plasma áp suất khí quyển cùng các số liệu về bước sóng và cường độ các vạch phổ.
2. Nhận diện được sự tồn tại của các thành phần hạt (nguyên tử, phân tử, ion) như Argon (969 nm, 763 nm), gốc OH- (308 nm), phân tử N2 (337 nm), nguyên tử O (777 nm). Qua đây chúng ta thấy rằng mặc dù plasma được nuôi bằng khí Argon nhưng khi tiếp xúc với không khí (có chứa N2, O2, H2O…) plasma có thể tạo ra các gốc tự do chứa oxy và nguyên tử oxy.
3. Cường độ UV của plasma áp suất khí quyển ảnh hưởng không đáng kể và an toàn đối với mô sống của con người.
4. Nhiệt độ electron trong plasma phụ thuộc vào tốc độ dòng khí và khoảng cách tới nguồn phát (khoảng cách đo). Nhiệt độ electron tăng theo tốc độ dòng khí. Nhiệt độ electron giảm khi tăng khoảng cách đo. Trên cơ sở này có thể kiểm soát nhiệt độ electron để tiếp tục nghiên cứu ứng dụng trong các lĩnh vực cần đến electron mang năng lượng trong khi nhiệt độ chùm plasma chỉ vào cỡ nhiệt độ phòng.
5. Mật độ electron trong plasma phụ thuộc vào tốc độ dòng khí và khoảng cách tới nguồn phát (khoảng cách đo). Mật độ electron tăng theo tốc độ dòng khí, đặc biệt tăng nhanh khi tốc độ dòng khí đủ lớn. Mật độ electron giảm khi tăng khoảng cách đo. Dựa vào sự phụ thuộc này, chúng ta có thể điều chỉnh mật độ electron để điều chỉnh cường độ sự tác động của electron đến đối tượng mà ta nghiên cứu.
Hướng phát triển tiếp theo của đề tài
Nghiên cứu ứng dụng plasma jet trong khí Ar ở áp suất khí quyển trong y sinh học, cụ thể: thử nghiệm khả năng diệt vi khuẩn, nấm mốc và tế bào ung thư dạ dày của nguồn plasma này.
Danh mục các công trình đã công bố
Nguyễn Văn Hảo, Nguyễn Trường Sơn, Trịnh Đình Khá, Nguyễn Xuân Hưởng,
Phạm Tuấn Hưng, Vũ Xuân Hòa và Đỗ Hoàng Tùng, Nghiên cứu khả năng diệt nấm mốc Aspergillus Flavus bằng plasma lạnh ở áp suất khí quyển, Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Thái Nguyên, Tập 185, số 9, tr. 3-7, 2018.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt:
1. Tạ Phương Hòa, Plasma và ứng dụng trong kỹ thuật vật liệu polime, NXB Đại học Bách khoa Hà Nội, 2012.
2. Phạm Luận, Phương pháp phân tích phổ nguyên tử. NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2006.
Tiếng Anh:
3. Laroussi, M., Kong, M., Morfill, G. & Stolz, W. (2012), Plasma Medicine: Applications of Low-Temperature Gas Plasmas in Medicine and Biology. Cambridge: Cambridge University Press.
4. Laroussi, M. (2008), The biomedical application of plasma: A brief history of the development of a newfield of research. IEEE Trans. Plasma Sci. 36 (4): 1612-1614. 5. Kong, M.G., Kroesen, G., Morfill, G., Nosenko, T., Shimizu, T., Van Dijk, J. &
Zimmermann, J.L. (2009), Plasma medicine: An introductory review. New J. Phys.11: 115012
6. Zhang, Q., Sun, P., Feng, H., Wang, R., Liang, Y., Zhu, W., Becker, K.H., Zhang, J. & Fang, J. (2012), Assessment of the roles of various inactivation agents in an argon-based direct current atmospheric pressure cold plasma jet. Journal of Applied Physics 111: 123305.
7. Kim, K., Choi, J.D., Hong, Y.C., Kim, G., Noh, E.J., Lee, J.S. & Yang, S.S. (2011), Atmospheric-pressure plasma-jet from micro-nozzle array and its biological effects on living cells for cancer therapy. Applied Physics Letters 98: 073701.
8. Joh, H.M., Kim, S.J., Chung, T.H. & Leem, S.H. (2013), Comparison of the characteristics of atmospheric pressure plasma jets using different working gases and applications to plasma-cancer cell interaction. AIP Advances 3: 092128. 9. Keidar, M., Shashurin, A., Volotskova, O., Stepp, M.A., Srinivasan, P., Sandler, A.
& Trink, B. (2013), Cold atmospheric plasma in cancer therapy. Physics of Plasmas
10. Nastuta, A.V., Pohoata, V. & Topala, I. (2013). Atmospheric pressure plasma jet- living tissue interface: Electrical, optical, and spectral characterization. Journal of Applied Physics 113: 183302.
11. Goree, J., Liu, B., Drake, D. & Stoffels, E. (2006). Killing of S. mutansbacteria using a plasma needle at atmospheric pressure. IEEE Transactions on Plasma Science 34 (4): 1317-1324
12. Raheem, H. & Mahmood, M.A. (2013). Deactivation of Staphylococcus aureusand Escherichia coliusing plasma needle at atmospheric pressure. International Journal of Current Engineering and Technology 3(5) (Dec 2013): 1848-1851.
13. Mariotti, D., Shimizu, Y., Sasaki, T. & Koshizaki, N. (2007). Gas temperature and electron temperature measurements by emission spectroscopy for an atmospheric microplasma. Journal of Applied Physics 101: 013307.
14. J. Meichsner, M. Schmidt, R. Schneider, and H. E. Wahner (eds.), Nonthermal Plasma Chemistry and Physics, Plasma Surface Chemistry (CRC Press, Boca Raton, 2013), pp. 312–387.
15. Q. Son et al., Nonthermal Atmospheric Plasma Treatment for Deactivation of Oral Bacteria and Improvement of Dental Restoration. In Plasma for Bio- Decontamination, Medicine and Food Security, NATO Science, ed. Z. Machala et al. (Springer, Dordrecht, 2012), pp. 215–230.
16. M. Schmidt, Surface Treatment. In Non-Equilibrium Air Plasmas at Atmospheric Pressure, ed. K. H. Becker, U. Kogelschatz, K. H. Schoenbach, and R. J. Barker (IOP Publication, Bristol, 2006), pp. 597–621.
17. A. Fridman, Plasma Chemistry (Cambridge University Press, New York, 2008). 18. M. Bonitz, J. Lopez, K. Becker, H. Thomsen (eds.), Complex Plasmas: Scientific
Challenges and Technological Opportunities (Springer, New York, 2014).
19. M. K. Mishra, A. K. Misra, A. Phukan, P. K. Devi, H. K. Sarma, and T. Das (2014), Prog. Theor. Exp. Phys. 2014, 033J01.
20. M. Sharma, B. Saikia, and S. Bujarbarua (2008), “Optical emission spectroscopy of DC pulsed plasmas used for steel nitriding, Surface and Coatings Technology,”
21. C. Cali, R. Macaluso, and M. Mosca (2001), In situ monitoring of pulsed laser indium tin-oxide film deposition by optical emission spectroscopy, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, Vol. 56, pp.743–751.
22. A. D. Giacomo, V. Shakhatov, and O. D. Pascale (2001), Optical emission spectroscopy and modeling of plasma produced by laser ablation of titanium oxides,
Atomic Spectroscopy, Vol. 56, pp.753–776.
23. S. Qin and A. McTeer (2007), Plasma characteristics in pulse-mode plasmas using time-delayed, time-resolved Langmuir probe diagnoses, Surface and Coat-ings Technology, p. 6508–6515.
24. Yanguas-Gil, A., Focke, K., Benedikt, J. & Keudell, A.V. (2007). Optical and electrical characterization of an atmospheric pressure microplasma jet for Ar/CH4 and Ar/C2H2 mixtures. Journal of Applied Physics 101: 103307.
25. T. Duguet, V. Fournée, J. Dubois, and T. Belmonte (2010), Study by optical emission spectroscopy of a physical vapour deposition process for the synthesis of complex AlCuFe(B) coatings, Surface and Coatings Technology, 240, pp. 9–14. 26. Hofmann, S., van Gessel, A.F.H., Verreycken, T. & Bruggeman, P. (2011). Power
dissipation, gas temperatures and electron densities of cold atmospheric pressure helium and argon RF plasma jets. Plasma Sources Sci. Technol. 20: 065010.
27. Xiong, Q., Nikiforov, A.Y., Gonzalez, M.A., Leys, C. & Lu, X.P. (2013). Characterization of an atmospheric helium plasma jet by relative and absolute optical emission spectroscopy. Plasma Sources Sci. Technol. 22: 015011.
28. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1919/stark/biographical/
29. Richard Fitzpatrick (2014), The Physics of Plasmas, The University of Texas at Austin, USA.
30. Do Hoang Tung et al. (2014), Cold atmospheric pressure gliding ARC plasma jet for decontamination. Communications in Physics, Vol. 24, No. 3S2, pp. 101-106. 31. Weiman Jiang et al. (2014), Characterization of argon direct-currentglow discharge
with a longitudinalelectric field applied at ambient air. SCIENTIFIC REPORTS 4 : 6323.
33. Kadhim A. Aadim, Ali A-K. Hussain, Nisreen Kh.Abdalameer, Hasan Ali Tawfeeq, Hamid H. Murbat (2015), Electron Temperature and Density Measurement of Plasma Jet in Atmospheric Pressure, Novelty Journals, Vol. 2, Issue 2, pp.28-32. 34. A Yu Nikiforov, Ch Leys, M A Gonzalez and J L Walsh (2015), Electron density
measurement in atmospheric pressure plasma jets: Stark broadening of hydrogenated and non-hydrogenated lines, Plasma Sources Science and Technology 24,034001, p.1-18.
35. https://www.avantes.com/products/spectrometers
36. A.V. Nastuta, I. Topala, V. Pohoata, I. Mihaila, C. Agheorghiesei, N. Dumitrascu (2017), Atmospheric pressure plasma jets in inert gases: Electrical, Optical and mass Spectrometry diagnosis, Physics 69, 407.
37. Wenzheng LIU et al., (2018), Exploration to generate atmospheric pressure glow discharge plasma in air, Plasma Science and Technology, Volume 20, Number 3. 38. Gungor Durur and Nilufer Yıldız Varan (2018), Low Pressure Plasma Treatment of
PET and PET/Elastane Fabrics, Journal of Material Sciences & Engineering, Volume 7, Issue 4, 1000475.