Development and characterization of extended and flexible plasma jets - Nishime, Thalita Mayumi Castaldelli [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2019)
Nos últimos anos, tem intensificado o emprego de plasmas em pressão atmosférica para diferentes aplicações. Com o desenvolvimento dos jatos de plasma em pressão atmosférica, alguns tratamentos precisos, como no campo biomédico ou em específicos processamentos de superfícies, tornaram-se mais frequentes. No entanto, a aplicação de plasma à objetos irregulares, dentro de tubos ou mesmo dentro de órgãos ocos é limitada quando se utilizam configurações convencionais de jatos de plasma. Portanto, essas limitações podem ser superadas com o desenvolvimento de jatos de plasma alongados ou gerados remotamente. Neste trabalho, duas configurações de jato de plasma longo visando diferentes campos de aplicação foram aperfeiçoadas e caracterizadas. Inicialmente foi desenvolvido um jato de plasma endoscópico (plasma endoscope) operando em configuração de descarga por barreira dielétrica (DBD) com dimensões milimétricas, versátil ao acoplamento em endoscópios típicos. Este jato de plasma pode operar com hélio ou neônio e conta com um canal externo e concêntrico de gás que permite a introdução de uma cortina de gás eletronegativo ao redor da pluma de plasma. A cortina de proteção a gás preserva a forma do jato de plasma quando operado dentro de cavidades fechadas. As dificuldades advindas do desenvolvimento deste foram investigadas quando diferentes gases foram testados como cortina de proteção dele, dentre estes, o dióxido de carbono se mostrou uma boa opção evitando a formação de descargas parasitas dentro do tubo de gás de proteção e da estrutura do endoscópio. Quando operado com neônio, o jato de plasma pôde ser iniciado com tensões mais baixas e atinge faixas mais amplas de potência transferida. Outra configuração desenvolvida foi a de jato de plasma de tubo longo gerado remotamente que consiste em uma descarga primária DBD conectada a um tubo plástico flexível de 1 m de comprimento com um fio metálico flutuante em seu interior. O eletrodo metálico penetra alguns milímetros na descarga e permite a geração de uma pluma de plasma na extremidade final do tubo. Esta configuração possibilita uma manipulação mais segura e precisa do jato de plasma. O dispositivo foi caracterizado quando utilizadas duas fontes de excitação diferentes, uma com tensão AC aplicada continuamente e outra operando em modo “burst”. O uso de sinal de tensão em modo “pulsado” (burst) permite um ajuste mais preciso dos parâmetros da descarga atingindo um intervalo mais amplo de potência transferida. No caso do emprego da fonte de tensão AC “contínua”, a faixa de potência atingida se restringe a apenas 1,2 W. A variação da geometria da descarga primária, quando um reator de placas paralelas foi utilizado, influenciou minimamente a potência média do jato de plasma. Para aplicações, um eletrodo de alta tensão em forma de haste foi utilizado na descarga primária. Com este reator, a inibição do fungo C. albicans inoculado em placas de Petri se fez possível, onde a formação de halos de inibição foi observada após o tratamento com plasma. Este jato também foi utilizado para a modificação de superfície de amostras de politereftalato de etileno (PET) com diferentes ângulos de aplicação. Neste caso, reduções de aproximadamente 60º de ângulo de contato com água foram obtidos após tratamentos por 60s e a inclinação do jato de plasma permitiu um aumento na área tratada.

The use of atmospheric pressure plasmas for different purposes has increased in recent years. With the development of atmospheric pressure plasma jets, some precise treatments such as in the biomedical field or specific surface processing became more often. However, the delivery of plasma to irregular shaped objects, inside tubes or even hollow organs is limited with the use of conventional plasma jet configurations. Therefore, those limitations can be surpassed with the development of elongated or remotely generated plasma jets. In this work, two extended plasma jet configurations aiming at different application fields were further developed and characterized. Firstly, an endoscopic plasma jet (plasma endoscope) operating with a dielectric barrier discharge (DBD) configuration in millimeter dimensions that can be coupled to a typical endoscope was developed. This plasma jet can operate with helium or neon and counts with an external concentric shielding gas channel that provides the introduction of an electronegative gas curtain around the plasma plume. The shielding gas allows the preservation of the plasma jet shape when operated inside closed cavities. The construction difficulties arisen from the use of different feed and shielding gases were explored. Carbon dioxide was proven to be a good option for the curtain gas around the plasma plume avoiding the formation of parasitic discharges inside the shielding gas tube and the endoscopic housing. When operated with neon, the plasma jet was ignited with lower applied voltages and reached a wider range of transferred power. The other developed plasma jet was the remotely generated long tube plasma jet that consists of a DBD primary discharge connected to a 1 m long flexible plastic tube with a floating metal wire inside. The metal wire penetrates a few millimetres inside the discharge and allows the generation of a plasma plume at the end of the plastic tube. This configuration permits safer and better manipulation of the plasma jet. The device was characterized using two different excitation sources, an AC power supply with continuously provided signal and one operating in burst mode. The application of voltage signal in burst mode allowed a fine adjustment of discharge parameters reaching a wider range of power. In the case using “continuous” AC voltage signal, power values up to only 1.2 W were achieved. The primary discharge geometry, when using a parallel plates configuration device, exhibited minimal influence on the plasma mean power. A pin electrode configuration long plasma jet was successfully applied for inhibition of C. albicans in inoculated Petri dishes in which inhibition zones were observed after treatment. This plasma jet was also used for surface modification of polyethylene terephthalate (PET) samples using different tilting positions. In this case, reductions of around 60º of water contact angle were observed after plasma exposure for 60s and tilting the plasma jet let to formation of bigger treated areas.
Desenvolvimento e caracterização de jatos de plasma longos e flexíveis
Keywords: Atmospheric pressure plasma; Plasma jet; Endoscopy; Transporting plasma jet; Decontamination; Surface treatment; Jato de plasma; Espectroscopia de plasma; Pressão atmosférica; Endoscopia