低成本可撓式常壓微電漿產生裝置於微型反應器及微流道之應用

Abstract

本實驗利用電力驅動低成本可撓式常壓微電漿產生系統(Microplasma generationdevices, MGD) 以產生維度限制在小於 1mm 之電漿進行兩大部份之實驗研究，而該 MGD 為一介電質放電型電漿系統，主要是由雙層銅箔及玻璃纖維介電質所組成，且以碳粉轉印法及溼式蝕刻進行電漿圖案製作，相較於傳統半導體之圖樣製作方式，本作法之優點為低成本、製作時間短、圖樣可客製化，且其一重要特色為可大量製作，尤其有利於實驗開發階段之大量研究。 第一部為利用MGD進行氣體轉換研究，本實驗主要研究氣體為二氧化碳(CO2)，使之經由電漿處理後，產生主要產物如一氧化碳(CO) 和氧氣(O2) 等氣體。產物分析則以氣相層析儀及 Lissajous 圖形分別計算產物 CO 濃度和電漿消耗功率，並藉此獲得電漿裝置之能量效率及 CO2 之轉化率。實驗改變電源供應頻率、CO2 體積流率，及電極幾何參數如：單/雙側電漿產生及平坦式/可撓式電極等，以觀察並比較其結果。實驗結果可得出該系統之最適化操作參數，其中，較高之電源供應頻率、較快速之 CO2 體積流率，以及具撓曲電極之電漿裝置，都將具有較高之能量效率值(最高約為 8.95 %，X 值最高則約為 1.61 %)，且均較以傳統方式轉換CO2氣體製程之能量效率值(約 5 %) 更有效率。 第二部份則將上述MGD另外與微流道裝置(Microchanneldevice, MCD) 進行結合，並由 MCD 之翻模製作及兩裝置間之接合等開始著手，實驗中 MCD 之翻模主要以3D列印翻模主體，列印材料則為聚乳酸(Polylacticacid, PLA)，MCD 之基材則使用聚二甲基矽氧烷(Poly(dimethylsiloxane), PDMS)，黏合方式則為一般市售雙面膠。其後，進一步探討該結合裝置於氣液相分離程序和液相流道調換等之應用。於氣液相分離程序中，僅發現液相流體較喜好流經電漿改質後之微流道，而尚無法成功分離氣液相微流體；於液相流道調換中，則可成功使微流體於MCD中改變其流動方向，並可人為控制該流體使其流經特定微流道。