---

 

Etapa II A. Dezvoltarea de metode si tehnici specifice de masurare si procesare a datelor de spectroscopie de emisie si absorbtie in vederea caracterizarii plasmelor de presiune atmosferica utile in procesarea suprafetelor

 

Obiectivele etapei

Aceasta etapa vizeaza indeplinirea obiectivului SPEC (Implementarea metodelor SPECtroscopice de emisie optica si de absorbtie laser pentru diagnosticarea plasmelor reci generate la presiune atmosferica) prin dezvoltarea de metode si tehnici specifice de masurare si procesare a datelor de spectroscopie de emisie si absorbtie in vederea caracterizarii plasmelor de presiune atmosferica utile in procesarea suprafetelor.
Obiectivul este atins prin realizarea urmatoarelor activitati:
- elaborarea procedurilor de experimentare care sa permita obtinerea spectrelor cu rezolutie spatiala.

 

Imagini reprezentative asociate rezultatelor obtinute in etapa II a proiectului PLASMOS

 

Fig. 1. Schema sistemului de absorbţie cu diodă laser, adaptat pentru realizarea diagnozei plasmei de înaltă frecevenţă cu descărcare DBD extinsă: (1) dioda laser; (2) lambdametru; (3) divizor de fascicule; (4) filtru neutru; (5) diafragmă; (6) decărcare DBD extinsă; (7) polarizor; (8-9) sistem de lentile; (10) fantă dreptunghiulară; (11) fotodiodă.

 

Fig. 2. Evoluţia temporală tipică a semnalului de absorbţie în cazul metastabililor de oxigen, în comparaţie cu evoluţia temporala a intensităţii totale a curentului (I) şi a tensiunii aplicate pe descărcare (U), într-o descărcare DBD extinsa în Ar; aria electrozilor: 12.25  cm2, debitul gazului: 3 l/min.

 

Fig. 3. Evoluţia spaţială a coeficientului de absorbţie în cazul metastabililor de oxigen, într-o descărcare DBD extinsa în argon, obţinut cu o rezoluţie spaţială de 125 mm. Poziţia 0mm corespunde electrodului de masă, iar cea de 3 mm corespunde electrodului de înaltă tensiune.

 

Fig. 4. Sistemul de spectroscopie optică de emisie adaptat pentru realizarea diagnozei plasmei de înaltă frecevenţă cu descărcare DBD extinsă: (1) ICCD cu sistem de focalizare (2); (3) decărcare DBD extinsă; (4) fibră optică; (5) spectrometru conectat la un PC; (6) fotomultiplicator conectat la spectrometru; (7) CCD conectat la spectrometru

 

Fig. 5. Distribuţie spaţială tipică a atomilor excitati de Ar din plasma descărcării DBD extinsa produsă în argon. Poziţia 0 mm corespunde electrodului de masă, iar cea de 3 mm corespunde electrodului de înaltă tensiune		Fig. 6. Distribuţie spaţială tipică a ionilor molecuri de azot aflaţi în stare excitată, aflaţi în plasma descărcării DBD extinsa produsă în heliu. Poziţia 0 mm corespunde electrodului de masă, iar cea de 3 mm corespunde electrodului de înaltă tensiune

 

Fig. 7. Distribuţie spaţială tipică a luminii globale emisă de plasma descărcării DBD extinsa produsă în heliu. Electrodul de masă (EM) este cel de sus, iar electrodul de înaltă tensiune (EIT) este cel de jos.

 

Fig.8: a) Sursa DBD bidimensiona la presiune atmosferica de putere mica si sistemul de culegere a semnalului optic; plasma este generata in Ar si b) Sursa jet axial la presiune atmosferica de putere medie si sistemul de culegere a semnalului optic; plasma este generata in N2

 

Fig.9: Sistemul de analiza spectrala cu rezolutie spatiala a jeturilor de plasma la presiune atmosferica

 

Fig. 10: Spectrele de emisie inregistrate in jetul de axial la presiune atmosferica, generat in Ar, la doua distante diferite de duza

 

Fig. 11: Variatia axiala a speciilor excitate in jetul de Ar la presiune atmosferica: a) in marime absoluta si b) normat la intensitatea maxima a liniei ArI, l = 912,29 nm, care se realizeaza la d = 2 mm

 

Fig. 12: a) Spectrele de emisie inregistrate in jetul axial la presiune atmosferica, generat in N2, la doua distante diferite de duza si b) Variatia axiala, cu rezolutie spatiala,  a speciilor excitate in jetul axial de plasma, generat in N2 la presiune atmosferica

 

Fig. 13: a) Spectrele de emisie inregistrate in jetul la presiune atmosferica produs de sursa DBD bidimensional de putere mica, generat in Ar, la doua distante diferite de duza si b) Variatia axiala, cu rezolutie spatiala,  a speciilor excitate in jetul produs de sursa DBD bidimensional de putere mica

 

Concluzii

In cadrul etapei au fost realizate si implementate sistemele de investigare cu rezolutie spatiala, prin spectroscopie de absorbtie cu diode laser si prin spectroscopie de emisie, a speciilor din plasme generate la presiune atmosferica cu potential de aplicabilitate la procesarea materialelor sensibile la degradarea cu temperatura.
Au fost configurate si testate urmatoarele sisteme experimentale:

• sistem de investigare cu rezolutie spatiala prin spectroscopie de absorbtie: s-au efectuat masuratori asupra distributiei de metastabilor de oxigen (lungimea de undă fixată la valoarea de 777,194 nm, corespunzătoare tranziţiei: 35S2 → 35P3), în cazul unei descărcări DBD produsă în argon, ce funcţionează la frecvenţe înalte (2 kHz) cu o rezoluţie spatiala de 125 mm, rezultand că, în cazul descărcării primare, absorbţia este mai însemnată lângă electrodul de înalta tensiune, iar în cazul descărcării secundare absorbţia are aceeaşi intensitate în vecinătatea  ambilor electrozi.
• sistem de investigare cu rezolutie spatiala prin spectroscopie de emisie.

Prima metoda abordata, bazata pe deplasarea unei fibre in lungul descarcarii, folosind un stagiu de translatie cu motor pas cu pas, a condus la investigarea speciilor din plasma, si anume:

• a atomilor excitaţi de Ar (763,5 nm; 772,4 nm) precum si a ionilor moleculari de azot aflaţi în stare excitată N2+ (B), cu o rezolutie spatiala de 0,2mm in cazul sursei tip DBD extins;
• a speciilor atomice si moleculare provenind din gazul de lucru (ArI, ArII, respectiv N2) precum si a speciilor moleculare excitate provenind din mediul ambiant(N2, NO, OH, CN, NH), cu rezolutie spatiala axiala de 0,2mm, in cazul suselor de plasma tip jet axial de putere medie (gaz de lucru Ar si N2) si DBD bidimensional de putere mica (gaz de lucru Ar)

Prin a doua metoda de investigare, bazata pe o camera iCCD ultrarapidă, s-a obtinut o rezolutie spaţiala mult mai bună (8mm), investigandu-se lumina emisa global de plasmă. Aceasta metoda va fi imbunatatita in etapa urmatoare pentru investigarea cu rezolutie temporala a surselor de plasma la presiune atmosferica folosite la procesarea materialelor sensibile la temperatura.