Выявлена фундаментальная химия взаимодействия плазмы и жидкости

Хотя чаще всего плазма рассматривается только в плазменных телевизорах, небольшие микроплазмы обладают значительной пользой в широком диапазоне применений.

Недавно новые развития стали извлекать выгоду из взаимодействия микроплазм с жидкостями с разными целями, от убийства бактерий для стерилизации поверхности до быстрого синтеза наночастиц.

Междисциплинарное сотрудничество между учеными из Западного резервного университета Кейза и университета Нотр-Дама продемонстрировало критическое взаимодействие, которое наблюдается в плазменно-жидкостном интерфейсе, в котором электроны в плазме фактически отделяют воду, производя газообразный водород.

Результаты опубликованы в издании Journal of Physics D: Applied Physics.

Плазма — ионизированный газ, состоящий не только из нейтральных газовых молекул, но и из свободных электронов и заряженных ионов. Хотя плазму иначе как очень горячей никто не представляет, микроплазмы — уникальный режим плазмы, которые может формироваться при атмосферном давлении и считается охлажденной плазмой, поскольку обычно микроплазмы бывают комнатной температуры. Большинство плазменно-жидкостных исследований сосредоточены на том, как разные виды газов и фотоны, вырабатываемые плазмой, взаимодействуют с жидкостью.

«Многие исследователи показали, что реактивные виды кислорода и азота в плазме играют важную роль в плазменно-жидкостном взаимодействии», сказал Шанкаран. „Однако мы всегда думали, что электроны должны играть важную роль. У нас были предварительные свидетельства, которые предположили, что плазменные электроны сократят химические разновидности в жидкости, но всегда полагали, что они, должно быть, также взаимодействовали с водой. Это исследование окончательно доказывает, что электроны не только непосредственно взаимодействуют с водой, но и участвуют в электролизе“.

Водный электролиз — расщепление воды на кислород и водород, обычно происходящий в электрохимической батарее с двумя металлическими электродами. В своей работе доцент Дэвид Гоу (на фото) и Шанкаран заменили один из электродов плазменной струей. В результате плазменная электрохимическая батарея действовала, словно самая обычная электрохимическая батарея.

„Мы установили, что в плазменно-жидкостном интерфейсе плазма формирует настоящий катод, и электроны плазмы сокращают водородные ионы, чтобы генерировать газообразный водород, в то время как металлический анод генерирует газообразный кислород в процессе окисления. Реакции происходят те же самые, что и в обычной электрохимической батарее, с той лишь разницей, что вместо металлического катода используется плазма“, сказал Гоу.

Хотя ученые признают, что плазменно-жидкостное взаимодействие — невероятно сложное явление, они соглашаются, что данная работа решает большую часть головоломки.

„Мы продолжаем развивать плазменные струи для всех типов применений, будь то медицинские, экологические нужды, или синтез материалов“, заключил Гоу. „Крайне важно, что мы понимаем фундаментальную химическую реакцию в основе процесса. Роль электронов была несколько упущенной, но мы показали, что они играют важную роль и должны анализироваться и дальше, пока мы пытаемся постичь микроплазменные устройства“.

17.10.2012