低温等离子体应用研究室2012年工作总结.pdf

低温等离子体应用研究室2012 年工作总结 2012 年度，等离子体应用研究室在所领导的直接关怀和帮助下，坚持基础研 究与应用研究并重的发展理念，通过全室成员的共同努力，在科研项目推进、科 研项目申请、科研成果转化，以及人才培养和制度建设等方面再上新台阶。 一、本年度主要开展的研究工作 科研工作紧紧围绕着等离子技术在新材料制备、新能源开发、生物医学和资 源与环境应用等方面为主线，形成了低温等离子体物理、材料、生物医学、环境 化学等多学科交叉的科研氛围，相关研究成果在国内外相关领域具有一定的影 响，受到了国内外同行的关注。 1. 等离子体制备燃料电池核心组件的研究 该研究方向主要从事燃料电池的制备工作，致力于开发燃料电池核心组件 （离子交换膜、电极）的全等离子体制备方法。完成了离子交换膜的合成及性能 优化，离子交换膜有着传导离子、隔绝电子以及阻止燃料和氧化剂透过三重作用， 被誉为燃料电池的心脏。采用等离子体聚合法成功合成出了导电性和阻醇性能均 较优的质子交换膜和碱性阴离子交换膜。开展碱性阴离子交换膜合成过程中等离 子体中活性粒子的化学行为研究，为实现碱性阴离子交换膜的功能基团含量可控 制备提供理论基础，优化膜的性能。将等离子体增强化学气相沉积与等离子体磁 控溅射技术相结合，发展了一种全干式制备燃料电池一体化电极的新方法，采用 全等离子体方法成功制备出超低铂负载碳纳米纤维、碳纳米墙一体化电极，通过 纳米尺度控制方法实现对铂纳米颗粒粒径的可控制备，减小铂的负载量、提高铂 的利用率。开展等离子体制备、活化石墨烯负载铂的前期研究，研究表明石墨烯 负载铂催化剂有较好的电化学活性，适用于燃料电池电极。 2. 等离子体生物医学应用研究 2012 年，研究室开创和发展了等离子体生物医学应用研究方向，结合已有 的等离子体灭菌研究基础，重点开展了新型等离子体源的开发及其应用于伤口治 疗、真菌引起的皮肤病治疗和癌细胞凋亡的研究。目前已经开发出大气压DBD 射流冷等离子体、大气压冷弧放电等离子体和手持空气等离子体集中能与人体直 接接触的等离子体源。对于伤口治疗方面目前主要开展体外等离子体对易造成伤 口感染细菌（大肠杆菌、金色葡萄球菌和绿脓杆菌等）的灭活研究，结果表明冷 6 等离子体源在1 分钟之类对以上菌种的灭活效率均在10 量级。对于惰性气体等 离子体灭菌的主要与电子离子密度有关，掺有活性气氛的（如氧气、水蒸气）， 活性基团O,O3 和OH 能够加速菌种失活，其中O 除了灭菌的作用还能改变细菌 表面形貌。通过和安医大合作研究等离子体癌细胞凋亡机理，发现等离子体不仅 在体外具有较高的癌细胞凋亡速率，对于体内的癌细胞也具有抑制作用，只不过 这种抑制和体内癌细胞种类和体积大小有关；对于体外的癌细胞，活性氧基团能 使癌细胞凋亡大大增强。这些研究成果为进一步研究等离子体灭活微生物膜和癌 细胞体内凋亡或抑制机理，直至未来的临床应用奠定了良好的基础。 3. 热等离子体应用技术研究 2012年，研究室在热等离子体发生技术及其在资源与环境领域应用方面取得 了较好的研究成果。已研制出热等等离子体熔融处理低、中水平放射性废物实验 装置，通过添加硼硅酸盐（SiO -CaO-Al O -B O ）玻璃形成剂，对有机低、中 2 2 3 2 3 放射性废物进行减容固化处理，研究表明：减容比受有机物的质量比影响较大， 在模拟核电站实际的复杂组分的低中水平放射性废弃物实验中，其减容比可达10 以上。得到的玻璃固化体具有非常致密的表面结构，且表面平整和光滑的，没有 孔隙结构。针对热等离子体处理炉温度、炉膛压力、气氛、烟气停留时间等运行 参数，采用了质量平衡法，分析了放射性核素在排放产物中的分布量；研究表明： 在处理温度 （1100℃—1500℃）范围内，随着温度的升高，放射性核素Sr、Co 和Cs 的捕集率均呈下降的趋势，但下降幅度不大；在有氧的气氛下，促进了有机 废弃物中C元素的气化，减少碳颗粒物的产生，有助于放射性核素的固化。有机 氯对放射性核素转变特性和在排放产物中的分配关系密切，其中，有机氯的含量 对Co和Cs 的捕集影响显著，其含量越高越不利于Co和Cs 的捕集；有机氯的含量 对Sr的捕集影响不大。 水蒸汽等离子体发生器装置的研发及其在资源与环境中的应用研究得到了 国际同行的关注，对大气压水蒸汽等离子体射流特性进行了研究，分