Neue Studie zur Nanopartikel-Emission in Plasmajets
Nanopartikel aus gepulsten Plasmajets: Neue Einblicke in die Kathodenfleck-Emission.
Ein Forschungsteam von relyon plasma GmbH und der Ostbayerischen Technischen Hochschule (OTH) Regensburg hat die Emission von Nanopartikeln aus Atmosphärendruck-Plasmajets (APPJ) anhand des PlasmaBrush PB3 Integration mit vier verschiedenen Düsen untersucht. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift MDPI Plasma veröffentlicht, einer international renommierten, peer-reviewten Open-Access-Zeitschrift für Plasmaphysik und Plasmatechnologien (Artikel-Link).
Das Hauptziel der Studie ist die Analyse der Entstehung und die Eigenschaften von Nanopartikeln (NPs) im kathodischen Spot eines Plasmajets. Mithilfe von Messungen und spektraler Analysen konnten die Forschenden die Dynamik der Lichtbogenentladung sichtbar machen und die Partikelemission präzise charakterisieren.
Wesentliche Ergebnisse im Überblick:
• Die Nanopartikel entstehen überwiegend im kathodischen Fuß des Lichtbogens.
• Die Partikelgrößen werden in einem Messbereich von 6 und 220 nm bei unterschiedlicher Spannung, Strom und Pulsfrequenz des Plasmajets gemessen.
• Verschiedene Düsenmaterialien zeigen unterschiedliche Emissionsmuster: Nickeloberflächen emittieren vergleichsweise wenige Partikel, während Wolframkerndüsen stabile und zeitlich konstante Partikelgrößenverteilungen (PMDs) liefern, überwiegend als Wolframtrioxid. Kupferoberflächen zeigen multimodale Verteilungen, je langsamer die Bewegung des Lichtbogenfußes, desto höher ist die Partikelemission.
• Die Studie ermöglicht die Entwicklung von Düsen mit kontrollierter Nanopartikelemission. Die wichtigsten Regeln zur Minimierung der Nanopartikelemission sind die Vermeidung von Gasströmungsinstabilitäten und die Förderung eines konstanten, rotierenden Kathodenbogenflecks mit hoher Geschwindigkeit.
Die Studie liefert ein fundiertes Verständnis der Nanopartikelerzeugung in gepulsten atmosphärischen Plasmajets. Sie verbindet Grundlagenforschung mit praktischem Anwendungspotenzial und macht die praxisnahe Forschungsarbeit von relyon plasma sichtbar.
Die Ergebnisse können zur Steuerung von Nanopartikelemissionen genutzt werden, sowohl zur Vermeidung als auch zur gezielten Nutzung.
Autorinnen und Autoren:
Dariusz Korzec, Florian Freund, Isabelle Doelfs (relyon plasma GmbH)
Florian Zacherl, Lucas Kudala, Hans-Peter Rabl (Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg)
