Плазменный генератор научили гибкости - Naked ScienceNaked Science
02.05.2017, 09:16
6 минут
Naked Science
9

Плазменный генератор научили гибкости

Американские ученые разработали технологию изготовления гибких масштабируемых плазменных генераторов.

giphy

Плазма — ионизированный (содержащий свободные электроны) газ с чрезвычайно высокой электропроводностью. Известно, что в этом агрегатном состоянии вещество способно влиять на химию поверхности: так, генераторы низкотемпературной (менее миллиона кельвинов) газоразрядной плазмы могут стимулировать регенерацию тканей и уничтожать патогены. Поскольку «холодная» плазма не оставляет следов, подобные устройства рассматриваются в качестве безопасной альтернативы современным дезинфицирующим средствам. Однако существующие прототипы плазменных генераторов, как правило, основаны на жестких элементах, что ограничивает их применение в промышленности и медицине.

 

В новой работе специалисты из Ратгерского университета и Флоридского университета описали технологию изготовления гибкого генератора плазмы. Устройство построено по схеме диэлектрического барьера (DBD) и состоит из двух электродов, между которыми расположен диэлектрик — целлюлозное волокно. Материалом для электродов служит металлизированная бумага: на каждый слой толщиной 150 микрометров авторы с помощью лазерной гравировки нанесли сотовую структуру, которая уменьшила рабочую поверхность и позволила генерировать плазму вдоль края сетки. Затем на внешних сотах разместили токопроводящие чернила и подключили их к функциональному генератору.

 

Различные формы, конструкция и принцип работы устройства / ©Jingjin Xie et al., PNAS, 2017

 

Предложенная конструкция обеспечила тонкую настройку устройства. Так, благодаря пористой поверхности бумаги прототип позволил одновременно генерировать два типа плазмы — поверхностную и объемную, при этом, в зависимости от мощности и силы подаваемого тока, расход электроэнергии не превысил 20 ватт. Путем экспериментов со входным сигналом ученым также удалось манипулировать видимым свечением и уровнем ультрафиолетового излучения на устройстве. Генератор сохранял работоспособность при деформации в виде цилиндра, и в то же время продуцировал большой объем озона (13 миллионных долей) и имел сравнительно высокую температуру поверхности — порядка 60 градусов Цельсия.

 

Испытания in vitro на пекарских дрожжах Saccharomyces cerevisiae и кишечной палочке (Escherichia coli) показали, что уже спустя 10–30 секунд обработки (на расстоянии 10 миллиметров) колонии бактерий сократились на 91,85–99,9 процента, и были полностью уничтожены при непосредственном воздействии плазмы. Чтобы продемонстрировать потенциал масштабирования, ученые изготовили генераторы размерами до 400×276 миллиметров (в 20 раз больше оригинальных) и построили на их основе тачпады и конструкции типа киригами. Несмотря на то, что объем плазмы в этом случае снизился, результаты работы могут лечь в основу перспективной самоочищающейся одежды и гибкой электроники.

 

Подробности исследования представлены в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

 

Помимо медицинских приложений плазма рассматривается как возможная основа оружия. Ранее американские ученые предположили, что источником энергии для световых мечей, которые использовали персонажи «Звездных войн», может выступать высокотемпературная плазма.

 

Демонстрация работы «плазменного» тачпада / ©Jingjin Xie et al., PNAS, 2017
14 октября
4 минуты
Сергей Васильев

Грузинский ученый предположил существование крошечных, способных к самокопированию зондов, с помощью которых высокоразвитая цивилизация могла бы исследовать и осваивать Галактику.

14 октября
9 минут
ФизТех

Международная команда ученых оценила сколько людей в мире болеют и умирают от рака, каково число лет жизни прожитых больными с онкологией или потерянных вследствие преждевременной смерти, какие из видов рака наиболее распространены, а какие уносят наибольшее число жизней, и насколько рак сопоставим с другими болезнями.

14 октября
32 минуты
Александр Березин

Вроде бы экзопланеты и реликтовое излучение — дело нужное и выбор кандидатов очевиден. Но мы покопались в вопросе поглубже и выяснили, что на самом деле выбор Нобелевского комитета по физике был довольно странным.

14 октября
4 минуты
Сергей Васильев

Грузинский ученый предположил существование крошечных, способных к самокопированию зондов, с помощью которых высокоразвитая цивилизация могла бы исследовать и осваивать Галактику.

14 октября
9 минут
ФизТех

Международная команда ученых оценила сколько людей в мире болеют и умирают от рака, каково число лет жизни прожитых больными с онкологией или потерянных вследствие преждевременной смерти, какие из видов рака наиболее распространены, а какие уносят наибольшее число жизней, и насколько рак сопоставим с другими болезнями.

14 октября
32 минуты
Александр Березин

Вроде бы экзопланеты и реликтовое излучение — дело нужное и выбор кандидатов очевиден. Но мы покопались в вопросе поглубже и выяснили, что на самом деле выбор Нобелевского комитета по физике был довольно странным.

14 октября
4 минуты
Сергей Васильев

Грузинский ученый предположил существование крошечных, способных к самокопированию зондов, с помощью которых высокоразвитая цивилизация могла бы исследовать и осваивать Галактику.

14 октября
9 минут
ФизТех

Международная команда ученых оценила сколько людей в мире болеют и умирают от рака, каково число лет жизни прожитых больными с онкологией или потерянных вследствие преждевременной смерти, какие из видов рака наиболее распространены, а какие уносят наибольшее число жизней, и насколько рак сопоставим с другими болезнями.

27 сентября
57 минут
Александр Березин

Глобальное потепление имеет не только негативные последствия: оно заметно снизило смертность среди людей и увеличило биомассу в дикой природе, запустив процесс глобального озеленения.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.