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CHARGE DES AÉROSOLS PAR PLASMA À PRESSION ATMOSPHÉRIQUE

N. JIDENKO, J.-P. BORRA

Équipe Décharges Électriques et Aérosols du Laboratoire de Physique des Gaz et des Plasmas (UMR8578 CNRS – Université Paris-Sud Orsay, University Paris Saclay), Centrale-Supelec, Gif-Sur-Yvette, France

[2019]

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Résumé

Nous présentons ici une synthèse des résultats, obtenus par l'équipe, sur la charge des aérosols submicroniques par collection d'ions gazeux, produits par plasma à pression atmosphérique. L'objectif est de montrer l'intérêt d'utiliser les plasmas pour identifier les leviers qui contrôlent le nombre de charges électriques par particule et ainsi développer des chargeurs optimisés selon l'application visée. Le plasma est produit, soit par une décharge couronne pour générer des ions d'une seule polarité (ions positifs ou négatifs), soit par une décharge à barrières diélectriques pour des mélanges d'ions positifs et négatifs. Nous avons donc conçu plusieurs chargeurs et mesurer les niveaux de charge et les pertes des aérosols selon (i) leurs propriétés (diamètre et concentration), (ii) les conditions plasmas qui définissent la polarité des ions et contrôlent les densités d'ions et le champ électrique traversés par les aérosols, et (iii) les conditions de mélange ions-aérosols. Les contraintes liées à l'application (diamètre des particules, pénétration requise, niveau de charge souhaités) définissent la stratégie de charge qui doit être utilisée: injection des aérosols dans la décharge ou en postdécharge, dans des densités d'ions unipolaires ou bipolaires. Selon la stratégie de charge, les paramètres clés qui déterminent la charge moyenne d'un aérosol monodispersé en sortie de chargeur sont présentés. Enfin, la relation chargediamètre est critique pour les applications mobilimétriques, telles que les mesures de taille d'aérosols par analyse différentielle de mobilités électriques. Les relations charge-diamètre mesurées dans différentes conditions de mélange ions-aérosols démontrent qu'il est possible de contrôler cette relation et ainsi étendre le champ d'application de ces analyses mobilimétriques.


Mots clés

charge des aérosols, décharges électriques, plasmas froids, procédés aérosols

Abstract

This work summarizes the main results of LPGP on aerosol charging by gaseous ions produced by atmospheric pressure plasma. The aim is to highlight the interest of plasma for aerosol charging studies devoted to develop aerosol chargers optimized for different applications. Unipolar (positive or negative) ions are produced by corona discharge whereas bipolar ions are produced by dielectric barrier discharge. Aerosol charge levels and losses are measured downstream different aerosol chargers versus aerosol properties (diameter and concentration), plasma operating condition and aerosol-ion mixing condition. The constraints of the intended aerosol process define the strategy to be used: aerosol injected in the discharge or in post-discharge with unipolar or bipolar ions. The main parameters that control the final mean charge per particle of a monodispersed aerosol are presented for the different strategies. At last, we show that the charge-diameter relation, critical for aerosol processes based on electrical mobility selection, can be controlled by ion-aerosol mixing condition to extend the scope of these processes.


Keywords

aerosol charging, electrical discharge, non-thermal plasma, aerosol processes

DOI

10.25576/ASFERA-CFA2019-16729

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