FOR 1123:  Physics of Microplasmas

• Fachliche Zuordnung: Physik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 74729252

Mikroplasmen haben in jüngster Vergangenheit hohe Aufmerksamkeit erregt. Mikroplasmen werden bei Atmosphärendruck betrieben und haben typische Abmessungen von einigen 100 µm.
Sie sind deshalb stark durch Stoßprozesse bestimmt. Dennoch haben sie einen ausgeprägten Nicht-Gleichgewichts-Charakter mit hohen Elektronendichten, aber geringen Gastemperaturen, die durch den Einschluss in kleinen Volumina begünstigt werden. Sie sind für eine Vielzahl von Anwendungen sehr interessant. Bedingt durch die hohen Elektronendichten sind auch die vorherrschenden Leistungsdichten enorm und hohe elektrische Felder bestimmen die Region vor den Oberflächen. Die Debyelänge schrumpft auf ca. 1µm, die mittleren freien Weglängen der Spezies sind sehr klein, und die klassische Trennung von Entladungsvolumen und Randschicht bricht zusammen.
Gegenstand dieser Forschergruppe sind systematische Untersuchungen von Mikroplasmen in wenigen ausgewählten Konfigurationen zum besseren Verständnis ihrer komplexen Dynamik von der Zündung bis zur vollen Ausbildung des Plasmas, dem zeit- und ortsabhängigen Transport von Energie, Strahlung und reaktiven Spezies sowie der Plasma-Oberflächen-Wechselwirkung unter extremen Bedingungen. Schließlich werden prototypische Anwendungen von Mikroplasmen untersucht.
Die zentralen physikalischen Fragen, die wir beantworten wollen, sind:
(1) Verständnis der orts- und zeitabhängigen Energieeinkoppelung, des Energieflusses, des Strahlungstransports und der Bilanz der reaktiven Teilchen innerhalb und außerhalb des aktiven Entladungsvolumens;
(2) Verständnis der Dynamik der Entladung von der Zündung bis zur vollen Ausprägung des Plasmas;
(3) Verständnis der Entladungsstabilität sowie
(4) Verständnis und Kontrolle der Plasma-Wand-Wechselwirkung.
Innerhalb der Forschergruppe wollen wir folgende Arbeitspakete angehen:
(1) Untersuchung des Zündverhaltens sowie Kontrolle und Modifikation der Plasma-Wand-Wechselwirkung mittels intensiver Photonenfelder;
(2) Diagnostik der Mikroplasmen mit modernen, teils einzigartigen Messverfahren wie phasenaufgelöste Emissionsspektroskopie, Mehrphotonen-Laserspektroskopie, Breitbandabsorptions-Spektroskopie unter Verwendung von fs-Lasern, Thomson-Streuung, Lasermethoden zur Messung der elektrischen Felder, Molekularstrahl-Massenspektrometrie usw.;
(3) Modellierung von Mikroplasmen insbesondere hinsichtlich nicht linearer Randschichten, globaler Ansätze sowie PIC-Methoden;
(4) Analyse von zwei ausgewählten Anwendungen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Breakdown, stability and similarity laws of microplasmas (Antragsteller Stefanovic, Ilija )
• Central tasks of the Research Unit (Antragsteller von Keudell, Achim )
• Investigation of atmospheric pressure filamentary discharges and its application for film deposition on inner surface of tubes, cavities and flat surfaces (Antragsteller Awakowicz, Peter )
• Investigation of transient phenomena in microplasmas by absorption spectroscopy and by laser-assisted "pump-probe"-experiments (Antragsteller Böke, Marc )
• Laser spectroscopic determination of electric fields, electron densities, and electron temperatures in atmospheric pressure microdischarges (Antragsteller Czarnetzki, Uwe )
• Numerical simulation of microplasma jets and their interaction with surfaces (Antragsteller Mussenbrock, Thomas )
• Reaction chemistry in reactive microplasma jets (Antragsteller Benedikt, Ph.D., Jan )
• Spatial and temporal structures in microplasmas (Antragsteller Brinkmann, Ralf-Peter )
• Spectroscopic investigations of transient processes in self-pulsing microdischarges (Antragsteller Schulz-von der Gathen, Volker )

• Sprecher: Professor Dr. Achim von Keudell
• stellvertr. Sprecher: Professor Dr. Jörg Winter