Nucleation and aerosol processing in atmospheric pressure electrical discharges: powders production, coatings and filtration

Abstract

This review addresses the production of nano-particles and the processing of particles injected in atmospheric pressure electrical discharges (APED). The mechanisms of formation and the evolution of particles suspended in gases are first presented, with numerical and experimental facilities. Different APED and related properties are then introduced for dc corona, streamer and spark filamentary discharges (FD), as well as for ac filamentary and homogeneous dielectric barrier discharges (DBD). Two mechanisms of particle production are depicted in APED: when FD interact with the surface of electrodes or dielectrics and when filamentary and homogeneous DBD induce reactions with gaseous precursors in volume. In both cases, condensable gaseous species are produced, leading to nano-sized particles by physical and chemical routes of nucleation. The evolution of the so-formed nano-particles, i.e. the growth by coagulation/condensation, the charging and the collection are detailed for each APED, with respect to fine powders production and thin films deposition. Finally, when particles are injected in APED, they undergo interfacial processes. Non-thermal plasmas charge particles for electro-collection and trigger heterogeneous chemical reactions for organic and inorganic films deposition. Heat exchanges in thermal plasmas enable powder purification, shaping, melting for hard coatings and fine powders production by reactive evaporation.

Influence of Carrier Gas Flow Rate, Laser Repetition Rate, and Fluence on the Size Distribution and Number of Nanoparticles Generated Per Laser Shot During Paint Laser Ablation

“…As a consequence, the particle number per shot and per surface unit could increase due to smaller resulting aggregates. This effect is well described in most literature studies that focus on the influence of the gas flow rate on final size distribution of nanoparticles produced by laser ablation (Boulaud 1993;Liu 2005) as well as by plasma surface interaction (Borra 2006(Borra , 2008.…”

A time-resolved imaging and electrical study on a high current atmospheric pressure spark discharge

“…Only a few detailed studies can be found in literature attempting to describe the NP generation process in spark discharges. 2,[8][9][10] In our view, one of the key reasons for this is that most of the studies being published on SDGs are conducted with an engineering application in mind. Another point is that the appealing simplicity of the technical realization of NP production is hiding away the very complex nature of the underlying physical and chemical processes.…”

Table des illustrations -xiii

“…Ce comportement est toutefois moins marqué sur le cuivre. Dans tous les cas, les résultats obtenus semblent conforter le mécanisme décrit par Borra [40] pour la croissance du dépôt. Ce mécanismese base sur la formation de clusters en phase gazeuse après nucléation de vapeurs réactives, produites par le développement des streamers.…”

“…Cette observation est appuyée par le fait que l'absorption IRTF par les liaisons OH du film est moins importante que dans le cas d'un film produit par une décharge filamentaire. On peut penser que le mécanisme de formation du film est toutefois semblable à celui d'une décharge filamentaire, d'après Borra [40]. L'environnement chimique de chacun des éléments est plus proche de celui de la molécule initiale également, ce qui confirme que la décharge de Townsend conduit à une moindre fragmentation, par comparaison avec une décharge filamentaire.…”

“…Lorsque le régime est filamentaire, le film semble être constitué de clusters, probablement formés en phase homogène. Ainsi, l'aspect des films est à rapprocher des résultats d'une croissance selon le mécanisme présenté par Borra [40]. Le film correspond dans ce cas à l'agglomération de poudres nanométriques, formées à partir d'une recondensation de vapeurs, elles mêmes issues de l'action d'un streamer sur le précurseur et le film déjà formé.…”