DEA : Décharges Électriques et Aérosols

Responsable: Jean-Pascal BORRA
Dernière Mise-à-jour : mai 2022

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Objectifs fondamentaux et applications

Thèmes de recherche

Publications et Thèses

Coopérations

Objectifs fondamentaux et applications

• Maitriser les couplages électro-thermiques et les produits gazeux et particulaires dans les décharges (DC -Corona, Streamer, Sparks- et AC à Barrière(s) Diélectrique(s) -DBD-) permet de contrôler les transferts de masse et de chaleur, les conditions de charge (densités d’ions et temps de transits) et la cinématique d’aérosols chargés dans les plasmas froids à pression atmosphériques.
• Simulation et caractérisation électro-thermique de ces Décharges Electriques
• Identifier les conditions plasma optimales selon l'application visée, permet alors de tester la faisabilité de procédés plasma proposés pour produire et caractériser des particules solides ou liquides en suspension dans un gaz (aérosol) pour l’environnement (diagnostique en taille et en concentration d’aérosols) et les matériaux (poudres et couche minces, éventuellement composites et nanostructurées) :

ex1: Dépôt d’énergie, vaporisation et nucléation pour la production de nanoparticules (Relation structure / conditions d’interaction plasma filamentaire-surface)

ex2: PE-CVD de précurseurs gazeux en post-DBD pour l’enrobage de NP par TiO₂

ex3: Polymérisation de précurseurs liquide dans les DBD pour le dépôt de couches minces

ex4: Charge d’aérosols pour le diagnostic en taille et concentration

Thèmes de recherche

• Physique des décharges à pression atmosphérique (couplages électro-thermiques dans les décharges DC -Corona, Streamer, Spark- et AC à Barrière(s) Diélectriques -DBD-)
• Physique des aérosols (particules liquides ou solides en suspension dans un gaz),
• Nucléation dans les plasmas: propriétés des nanoparticules (composition, taille et structure) selon les conditions de formation par interaction plasma - surface/gaz. la vaporisation d’électrodes par interaction avec des plasma filamentaires permet de de proposer des procédés plasmas de production de nano-particules aux propriétés contrôlées. Après avoir identifier le processus de nucléation à l’origine des nanoparticules par condensation des vapeurs d’électrodes (Mo, W, Al, Fe, Ni, Cu, Sn, Zn, Au, Ag, Pt) et des diélectriques d’alumine, nous avons confirmé ce mécanisme avec différentes électrodes multi-métalliques (CuZn_x, CoNi) avec l’IJL. L’effet des conditions de trempe du panache de vapeurs sur la structure des nanoparticules, est étudié avec en outre, le TUClausthal pour la catalyse.
• Charge, cinématique d’aérosol dans les plasmas (diagnostic taille/concentration, dépôt, coagulation): identifier les configurations et les régimes de décharges DC-Corona optimales pour la production d’ions unipolaires et caractériser la charge des aérosols injectés dans l’intervalle de décharge selon la taille des particules, permettent de mesurer la distribution de mobilité ensuite convertie en distribution de taille et la concentration massique par gamme de taille (PM 10, 5, 2.5, 1 et 0.1), en collaboration avec le NCTU Taiwan.
• Coagulation coulombienne de gouttes bipolaires produites par electro-sprays pour la production de nano-composites
• Procédés plasma-aérosols à pression atmosphérique (« plasma-based aerosol processes »)
• NanoChimie en principal et dans l'axe transverse NanoFabrication et Instrumentation

Publications

 

(Scopus ID 6603938085 ; ORCID 0000-0002-2020-0478 ; HALID : 289945)

2022

- Gong WC, Tsaï,  Jidenko N, Borra JP : Ions et charge bipolaire (neutralization) d’aérosols en post DBD, en cours

- Jidenko N, Mathon R, and Borra J-P (2019) Post-DBD ion transport and losses: from segregated unipolar to homogeneous bipolar clouds .J Phys. D: Appl. Phys, soumis

- Anaïs Cario, Guillaume Aubert, Jean-Pierre Alcaraz, Jean-Pascal Borra, et al. (2022) Supercritical carbon dioxide-based cleaning and sterilization treatments for the reuse of filtering facepiece respirators FFP2 in the context of C-19 pandemic - Journal of Supercritical Fluids, Elsevier, 180, pp.105428. ⟨10.1016/j.supflu.2021.105428⟩ ; ; HAL: hal-03384956

2021

- N Jidenko, A Bouarouri, J.-P. Borra. (2021) Effect of aerosol concentration on post-corona unipolar diffusion charging: ion density retro-controlled by aerosol space charge versus geometry of ion-aerosol mixing. Aerosol Science and Technology, Taylor & Francis, 2021, 56(2), pp. 146–159, ⟨10.1080/02786826.2021.1984384⟩. ⟨hal-03364345⟩- <Free e print>

2020

- N. Jidenko, A. Bouarouri, F. Gensdarmes, D. Maro, and All..(2021) Post-corona unipolar chargers with tuneable aerosol size-charge relations: Parameters affecting ion dispersion and particle trajectories for charger designs. J Aerosol Science and Technology, Taylor & Francis, 2021, 55 (1), pp.1-16. ⟨10.1080/02786826.2020.1817310⟩ - Arxiv:2011.00065- HAL: hal-02940503

2018

- Borra JP, (2018) Editorial introduction of the special issue on Electrosprays for the JAS, Journal of Aerosol Science Volume 125, November 2018, p1. https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2018.08.008 - HAL: hal-02415713

- Borra J.-P. (2018), Review on Water Electro-Sprays and applications of charged droplets with focuss on the corona-assisted cone jet mode for High Efficiency Particles Air Filtration by wet electro-scrubbing of aerosol, Special Issue JAerosol Sci. on ES applications, guest editor Borra JP Volume 125, November 2018, pp 237-250 doi.org/10.1016/j.jaerosci.2018.04.005- HAL: hal-02415646

2017

- Mathon, R., Jidenko, N., and Borra, J.-P. (2017). Ozone-free post-DBD aerosol bipolar diffusion charger: Evaluation as neutralizer for SMPS size distribution measurements. Aerosol Science and Technology, 51(3), 282-291. doi: 10.1080/02786826.2016.1265082 (free eprint) - HAL: hal-03244467

2016

- Bouarouri A., Jidenko N., Gensdarmes F., Maro D., Boulaud D., Borra J.-P. (2016) Ion current density profiles in negative corona gaps versus EHD confinements Journal of Electrostatics, 82, pp 88-95;  DOI: 10.1016/j.elstat.2015.08.005 - HAL: hal-02558448

- Post P, Jidenko N, Weber A.F., and Borra  J.-P. (2016) Post-Plasma SiOx Coatings of Metal and Metal Oxide Nanoparticles for Enhanced Thermal Stability and Tunable Photoactivity Applications Nanomaterials 6-5, 91; doi: 10.3390/nano6050091 - HAL: hal-03246951

- Alonso M., Borra J.P (2016). A method to limit uncertainties in aerosol properties determined from comparative measurements Journal of Aerosol Science, Volume 91, January 2016, Pages 15-21, 10.1016/j.jaerosci.2015.09.005

2015

- Borra J.-P., Jidenko N., Hou J., Weber A. (2015) Vaporization of bulk metals into single-digit nanoparticles by non-thermal plasma filaments in atmospheric pressure dielectric barrier discharges, Journal of Aerosol Science, 79, 109–125; 10.1016/j.jaerosci.2014.09.002

2014

- Alonso M, Gómez V., Borra J.-P. (2014) Determination of the Mean Mobility of Aerosol Nanoparticles Classified by Differential Mobility Analyzers,, Aerosol Science and Technology, 48:12, 1217-1225, DOI: 10.1080/02786826.2014.973931

2012

- Feature article Borra J-P, Valt A., Arefi-Khonsari F., Tatoulian M. (2012) Atmospheric pressure deposition of thin functional coatings: polymer surface patterning by DBD and post-discharge polymerization of liquid vinyl monomer from surface radicals, Plasma Processes and Polymers, Special Issue "Cold  Atmospheric Plasmas for Thin Films and Nanomaterials" DOI: 10.1002/ppap.201100210

- Jidenko N and Borra JP, (2012) Self-cleaning maintenance-free aerosol filter by nt-plasma DBDischarges at atmospheric pressure, J. Hazard. Mater, 235,  pp 237-245; 10.1016/j.jhazmat.2012.07.055

2011

- Topical Issue Borra J-P, Jidenko N, Dutouquet C, Aguerre O., Hou J., Weber A.(2011)  Nano-droplet ejection and nucleation of materials submitted to non-thermal plasma filaments Eur. Phys. J. Appl. Phys., 56, 1286-0042, 24019 (7 p) from "18th Int. Colloq. Plasma Processes, DOI: 10.1051/epjap/2011110201 - HAL: hal-00746219

- Hou J., Jidenko N., Borra J-P. and Weber A. P.,(2011)  Production of metal Nanoparticles in non-thermal filamentary-DBD Chemie Ingenieur Technik,CIT, 0009-286X, Vol. 83-12, pp 2161–2169, 10.1002/cite.201100057

2010

- Bau S, Witchger O, Gensdarmes F., Thomas D, Borra J-P (2010) Electrical properties of airborne nanoparticles produced by a commercial spark-discharge generator, J. of Nanoparticle Research ; DOI: 10.1007/s11051-010-9856-y - HAL: hal-00517679

- Borra J-P, Valt A, Arefi-Khonsari F, et al (2009) Polymer surface processing by atmospheric pressure DBD for post-discharge grafting of washing-resistant functional coating Book Series: Materials Science Forum   Volume: 638-642   Pages: 524-529  Part 1-4, DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.638-642.524

- Jidenko N and Borra JP Temperature profiles in filamentary dielectric barrier discharges at atmospheric pressure JPhys D: Applied Physics,Volume: 43   Issue: 29 Article Number: 295203  DOI: 10.1088/0022-3727/43/29/295203 - HAL: hal-00569657

2009

- Alonso M, Alguacil F.J, Borra JP, (2009) A numerical study of the influence of ion-aerosol mixing on unipolar charging in a laminar flow tube Journal of Aerosol Science, ISSN: 0021-8502,, 40, 693-706, DOI: 10.1016/j.jaerosci.2009.04.004

- Borra JP, Bourgeois E. et Jidenko N. (2009) Atmospheric pressure plasmas for aerosols processes in materials and environment, European Physical Journal of Applied Physics., ISSN: 0022-3727, Vol.  47-issue 2, 7pp, art. N° 22804, DOI: 10.1051/epjap/2009088 - HAL: hal-00486864

- Bourgeois E, Jidenko N, Borra JP (2009) DBD as a post-discharge bipolar ions source and selective ion-induced nucleation versus ions polarity, J.Phys D, Vol.  42, issue 20, (Article Number: 205202), 9pp, DOI: 10.1088/0022-3727/42/20/205202

2008

- Borra JP (2008) Charging of aerosol and nucleation in atmospheric pressure electrical discharges Plasma Phys. Control. Fusion 50 124036-124045; DOI: 10.1088/0741-3335/50/12/124036

2007

- M. Tatoulian,  Gallino E, Jafari R, Arefi F, Tatoulian L, Borra J-P, Lewis F, Mantovani D, (2007) Plasma and Electrospray deposition for biocompatibility of stents, Materials Science Forum. 539-543,.529-534 ; DOI: 10.4028/0-87849-428-6.529

- Tatoulian M., Arefi-Khonsari F., Borra J-P. , (2007)  Deposition of Organic Coatings at Atmospheric Pressure from Liquid Precursors Plasma Process. And Polym., 4, 360–369 ; DOI: 10.1002/ppap.200600187

- M. Alonso, F.J. Alguacil, N. Jidenko and J.P. Borra, (2007) Deposition of ultrafine aerosol particles on wire screens by simultaneous diffusion and image force JAS 38 1230-1239 ; DOI: 10.1016/j.jaerosci.2007.09.004

- N. Jidenko, C. Jimenez, F. Massines and J.P. Borra, (2007) Nano-particle size-dependent charging and electro-deposition in dielectric barrier discharges at atmospheric pressure for thin SiOx film deposition  J. Phys. D: Appl. Phys. 40 4155–4163 ; DOI: 10.1088/0022-3727/40/14/009

2006

- Borra  JP review Aerosol production and processing by atmospheric Pressure Electrical Discharges: powder production, coatings and filtration  J. Phys. D : Appl. Phys 39, 19-54; DOI: 10.1088/0022-3727/39/2/R01

-Tatoulian M., Arefi-Khonsari F., Tatoulian L., Amouroux J. and Borra JP , (2006) Deposition of Polyacrylic Acid Films by post-discharge EHD atomisation , Chem. Materials, 18, 5860-5863 ; DOI: 10.1021/cm060066e

- Jidenko N. and Borra J.P. Electrical characterization of microdischarges produced in dielectric barrier discharge in dry air at atmospheric pressure, J. Phys. D: Appl. Phys. 39, pp. 281–293; DOI: 10.1088/0022-3727/39/2/008

2005

- Bastide S, Duphil N, Levy-Clément C,  Borra JP (2005) WS₂ closed nanoboxes synthesized by spray pyrolysis, Advanced Mat., 18-1, 106-109; DOI: 10.1002/adma.200501735

- Jidenko N., Borra JP (2005) Kinematics of charged nanometric particles in silent discharge  J. PhysD: Appl. Phys 38 617−620 ; DOI: 10.1088/0022-3727/38/4/014

2004

- Borra  JP, Ehouarn P., Boulaud D. (2004) EHD Pulverization of Water Stabilized by Electrical Discharges : Principle, Functioning Domains and Droplet Properties, J. of Aerosol Science 35−11 1313−1332; DOI: 10.1016/j.jaerosci.2004.05.011 - HAL: ⟨hal-03479574⟩

- Unger L., Boulaud D., Borra  JP (2004) Unipolar field charging law in a DC corona discharge: effect of particle shape J. of Aerosol Science 35-1 965-979; DOI: 10.1016/j.jaerosci.2004.01.006

2002

- Petit M., Jidenko N., Borra JP (2002) Electrical characterization of gas discharges in relation with their properties using a numerical treatment : application to DBD Rev. Scientific  Instrument 73-7 2705-2713 ; DOI: 10.1063/1.1484236

2001

- Ehouarn P., Unger L, Borra JP Properties of water droplets produced by Electro-HydroDynamic pulverisation for the collection of particulate plasma by-products  J. High T Mat. Processes 5-3 333-344 ; DOI: 10.1615/hightempmatproc.v5.i3.40

1999

- Borra  J-P, Camelot D, chou KL, Marijnessen JCM, scarlett B Bipolar coagulation and  mixing for powder production, J. of Aerosol Science 30-7 945-958 ; DOI: 10.1016/S0021-8502(98)00757-5

- Borra J-P, Tombette Y., Ehouarn P. Influence of the electric field (symmetry, evolution, intensity and divergent) on the mode of Electrohydro-dynamic Pulverization of liquids related to discharge regimes, J. of Aerosol Science 30-7 913-925 DOI: 10.1016/S0021-8502(98)00779-4

- Hartman RPA, Borra  J-P, Brunner D, Marijnessen JCM, scarlett B Evolution of EHD sprays produced in cone-jet mode, A physical Model J. Electrostat. 47 143-170; DOI: 10.1016/S0304-3886(99)00034-0

1998

- Borra  J-P, Boulaud D., Goldman M., Goldman A. Aerosol production by DC high pressure cold plasmas, J. of Aerosol Science 29-5/6 661-674 ; DOI: 10.1016/S0021-8502(97)00453-9

1997

- Borra J.P., Camelot D., Marijnessen J., Scarlett B. A new production process of powders with defined properties by EHDA of liquids and post-production electrical mixing J. Electrostat. 40-41 633-638 ; DOI: 10.1016/S0304-3886(97)00065-X

- Borra JP, Roos RA, Renard D, Lazar H, Goldman A, Goldman M. Electrical and chemical consequences of point discharges in a forest during a mist and a thunderstorm J. PhysD: Appl. Phys. 30 84-93 ; DOI: 10.1088/0022-3727/30/1/011