Η διπλωματική εργασία που παρουσιάζεται παρακάτω έχει ως σκοπό τη μελέτη του ψυχρού πλάσματος που παράγεται σε ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο ακίδα – πλάκα, διάκενου 1 cm και αρνητικής πολικότητας σε συνθήκες χαμηλής πίεσης ατμοσφαιρικού αέρα (5 έως 50 mbar). Αρχικά γίνεται μία πρώτη γνωριμία με το πλάσμα και στη συνέχεια παρουσιάζονται στοιχεία θεωρίας των ηλεκτρικών εκκενώσεων. Το πλάσμα είναι προϊόν ηλεκτρικών εκκενώσεων μέσα σε αέρια, τα οποία από μονωτικά υλικά μετατρέπονται σε αγωγούς. Βάσει το βαθμό ιονισμού του, την ηλεκτρονική πυκνότητα και την ηλεκτρονική του θερμοκρασία, διακρίνεται σε ψυχρό, θερμικό και θερμό. Η παραγωγή του εξαρτάται από παράγοντες όπως το σύστημα τροφοδοσίας, η γεωμετρία του αντιδραστήρα και του διακένου όπως επίσης και τα χαρακτηριστικά του αερίου μέσου και βρίσκει εφαρμογές στην παραγωγή Laser, στην παρασκευή όζοντος, στην επεξεργασία υλικών και επιφανειών κτλ. Ακριβώς μετά, αναπτύσσονται στοιχεία θεωρίας των ηλεκτρικών εκκενώσεων όπως η θεωρία του Townsend, ο νόμος του Paschen και η ηλεκτρική εκκένωση χαμηλής πίεσης (Εκκένωση Αίγλης). Στη συνέχεια παρουσιάζεται η πειραματική διάταξη και ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε κατά τη διάρκεια του πειράματος ενώ μετά ακολουθούν οι μετρήσεις (Καμπύλες V-I και παλμογραφήματα του ρεύματος και του φωτοπολλαπλασιαστή). Τέλος, συνοψίζονται χρήσιμα συμπεράσματα από την εργασία όπως ότι οι εκκενώσεις του πειράματος ήταν ευσταθείς για την αντίσταση φόρτου που επιλέξαμε, παρατηρήθηκε γραμμική σχέση της τάσης [V] και της πίεσης [P], εντοπίστηκαν παλμοί Trichel και παρατηρήθηκαν ομοιότητες στη συμπεριφορά με εκκενώσεις θετικής πολικότητας και ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου. / The diplomatic work that is presented below has as aim the study of cold plasma that is produced in non-homogeneous electric field spike - plate, gap 1 cm and negative polarity in conditions of low pressure of atmospheric air (5 until 50 mbar). Initially becomes a first acquaintance with plasma and afterwards is presented elements of theory of electric evacuations. The plasma is product of electric evacuations in gases, which from insulator materials are changed in conductors. From his degree of ionization, the electronic density and his electronic temperature, it is distinguished in cold, thermic and hot. His production depends on factors as the system of catering, the geometry of reactor and gap as also and the characteristics of gas of means and find applications in the production Laser, in production of ozone, in the treatment of materials and surfaces etc. Precisely, are afterwards developed elements of theory of electric evacuations as the theory of Townsend, the law of Paschen and the electric evacuation of low pressure (Evacuation of Glamour). Afterwards are presented the experimental provision and the equipment that was used at the duration of experiment while afterwards follow the measurements (curves V-I and oscillator graphs of the current and the photomultiplier). Finally, are summarisen useful conclusions from the work that the evacuations of experiment were valid for the resistance of pressure that we selected, it was observed linear relation of Voltage [V] and Pressure [P], they were located vibrations Trichel and were observed resemblances in the behavior with evacuations of positive polarity and homogenous electric field.

Τα λιποσώματα αναπτύχθηκαν αρχικά από τον Alec Bangham το 1964. Έκτοτε μελετώνται τόσο ως φορείς βιοδραστικών ενώσεων όσο και ως μοντέλα βιολογικών μεμβρανών με σκοπό την αποσαφήνιση της δομής και των λειτουργιών τους. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι αποτελούνται από τα ίδια δομικά συστατικά με εκείνα των βιολογικών μεμβρανών και η ευελιξία της δομής τους προσφέρει τη δυνατότητα προσομοίωσης της δομής και σύστασης διαφορετικών βιολογικών μεμβρανών. Στις εφαρμογές του ψυχρού πλάσματος ατμοσφαιρικής πίεσης, cold atmospheric pressure plasma (CAPP), που μελετώνται τα τελευταία χρόνια συγκαταλέγονται και βιοιατρικές εφαρμογές. Συγκεκριμένα μελετάται η χρήση του ως μέσω απολύμανσης και αποστείρωσης, στην ανάπλαση δέρματος, ως αντικαρκινική θεραπεία κ.τ.λ. Εντούτοις ο ακριβής μηχανισμός της αλληλεπίδρασης του ψυχρού πλάσματος ατμοσφαιρικής πίεσης με κύτταρα και ιστούς δεν είναι ακόμα πλήρως κατανοητός. Παρότι οι μέχρι τώρα μελέτες για την αποσαφήνιση της αλληλεπίδρασης αυτής πραγματοποιούνται με την χρήση κυτταρικών καλλιεργειών, η χρήση λιποσωμάτων είναι μια πιθανή εναλλακτική. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η χρήση λιποσωμικών διασπορών, ως μοντέλα κυττάρων, έχει αποδειχθεί μια πιο εύκολη, ταχύτερη και χαμηλότερου κόστους εναλλακτική των κυτταρικών καλλιεργειών για την αποσαφήνιση βιολογικών διεργασιών. Η παρούσα εργασία έχει ως σκοπό τη διερεύνηση της δυνατότητας χρήσης των λιποσωμάτων ως μοντέλα βιολογικών μεμβρανών για την μελέτη της αλληλεπίδρασης του CAPP με κύτταρα. Μελετήθηκε η αλληλεπίδραση λιποσωμάτων – CAPP και επιχειρήθηκε η παραμετροποίηση της αλληλεπίδρασης αυτής. Τα λιποσώματα, που εγκλωβίζουν υδατικό διάλυμα καλσεΐνης, παρασκευάσθηκαν με την τεχνική της ενυδάτωσης λεπτού υμενίου και έγινε χρήση υπερήχησης με σκοπό την μείωση του μεγέθους τους. Τα λιπίδια που χρησιμοποιήθηκαν ήταν: φωσφατιδυλοχολίνη, φωσφατιδυλογλυκερόλη και χοληστερόλη. Υπέστησαν επεξεργασία τόσο με CAPP όσο και με αφόρτιστο φέρον αέριο. Ο χαρακτηρισμός των λιποσωμάτων έγινε μέσω μέτρησης των φυσικοχημικών τους χαρακτηριστικών. Ως μέτρο της αλληλεπίδρασης CAPP-λιποσωμάτων χρησιμοποιήθηκε η μεταβολή του εγκλωβισμού της καλσεΐνης. Επιπλέον πραγματοποιήθηκε μορφολογική ανάλυση των λιποσωμάτων, μέσω ηλεκτρονιακής μικροσκοπίας σάρωσης, πριν και μετά την επεξεργασία. Με σκοπό την παραμετροποίηση της αλληλεπίδρασης αυτής έγινε μελέτη της μεταβολής των φυσικοχημικών ιδιοτήτων των λιποσωμάτων ως συνάρτηση του χρονικού διαστήματος επεξεργασίας και του χρόνου επώασης (σε PBS στους 4C) μετά την επεξεργασία. Επιπλέον πραγματοποιήθηκαν πειράματα αλληλεπίδρασης του CAPP με κύτταρα B-16, καρκινικά κύτταρα μελανώματος ποντικού. Ως οι κυριότεροι παράγοντες της αλληλεπίδρασης CAPP – λιποσωμάτων διαφαίνονται η συγκέντρωση της λιποσωμικής διασποράς και ο χρόνος επεξεργασίας. Η μείωση του ποσοστού εγκλωβισμού της καλσεΐνης αυξάνεται ανάλογα με την αύξηση τόσο της συγκέντρωσης όσο και του χρόνου επεξεργασίας. Επιπλέον η λιπιδική σύσταση επηρεάζει το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης. Η ύπαρξη αρνητικού επιφανειακού φορτίου επηρεάζει θετικά το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης ενώ η ύπαρξη χοληστερόλης οδηγεί σε πιο ανθεκτικά λιποσώματα μόνο στη μέγιστη συγκέντρωση (50%). Μείωση του μεγέθους και του αριθμού των διπλοστιβάδων των λιποσωμάτων οδηγεί σε πιο ευαίσθητα κυστίδια. Διαφυγή της καλσεΐνης παρατηρήθηκε μέχρι και 96 ώρες μετά την επεξεργασία ενώ με το πέρας του χρόνου παρατηρήθηκε επιπλέον συσσωμάτωση των κυστιδίων, το οποίο επιβεβαιώνεται με μορφολογικές μελέτες, και μεταβολή τους επιφανειακού τους φορτίου. Η επίδραση του CAPP στα κύτταρα Β-16 επηρεάζεται τόσο από την αρχική πληρότητα (confluence) της καλλιέργειας όσο και από τις διαστάσεις των κελιών της χρησιμοποιούμενης πλάκας. Παρότι η ανωτέρω ανάλυση υποστηρίζει την αρχική υπόθεση, απαιτείται περαιτέρω διερεύνηση της αλληλεπίδρασης του CAPP με βιολογικά δείγματα. / Liposomes were originally developed by Alec Bangham in 1964. Since then, they have been studied as carriers of bioactive compounds and as biological membrane models in structural and functional studies. This is due to the fact that they are composed of the same building blocks as biological membranes and because their structural versatility offers the opportunity to create vesicles that resemble the structure and composition of different biological membranes. In recent years cold atmospheric pressure plasma, CAPP, has been studied for a variety of applications some of which are found in the biomedical milieu. More precisely these applications include: decontamination, sterilization, skin regeneration, tumor treatment, etc. Nevertheless the exact mechanism of the interaction between CAPP and cells/tissue is not yet completely understood. Although currently researchers use cell cultures to investigate this interaction, liposomes could be an alternative. The applicability of liposomal dispersions, as cell models, has proved to be an easier, faster and less expensive tool for the investigation of cell – cellular environment interactions. The purpose of this thesis was to investigate the possibility of using liposomes as cell membrane models to study the CAPP-cells interactions. The CAPP-liposomes interaction was studied and parameterization of this interaction was attempted. Calcein-encapsulating liposomes were prepared using the thin-film hydration technique and the sonication technique was used to decrease the size of the vesicles. The lipids used were: phosphatidylcholine, phosphatidylglycerol and cholesterol. The samples were treated both with CAPP and with the uncharged carrier-gas. Characterization of liposomes was made by measuring their physicochemical characteristics. The variation of the percent of calcein encapsulation was used to measure the effect of CAPP-liposomes interaction. Moreover morphological evaluation of the samples before and after treatment was realized thought scanning electron microscopy, SEM. The variation of liposomes’ physicochemical characteristics versus time, duration of treatment and incubation (in PBS at 4C), was realized in order to parameterize this interaction. The effect of CAPP on B-16 cells, mouse melanoma cancer cells, was also investigated. The major parameters of the CAPP-liposomes interaction were proved to be the concentration of the liposomal dispersion and the duration of treatment. The increase of both the lipid concentration and the duration of treatment lead to increase of the reduction of calcein’s encapsulation provoked by CAPP treatment. The composition of the liposomal membrane also affects the interaction’s result. Negative surface charge increases the impact of CAPP and the presence of cholesterol leads to more stable structures only when its concentration is maximum (50%). Reduction of the size and lamellarity of the vesicles leads to more fragile liposomes. Release of calcein was observed even 96 hours after treatment in combination with aggregation of the vesicles, which was also proved via morphological evaluation, and change of liposomes’ surface charge. The impact of CAPP treatment on B-16 cells seems to depend on the initial confluence of the culture as well as the dimensions of the plate’s wells. Although the aforementioned analysis supports the initial hypothesis, further investigation of the interaction between CAPP and biological samples is necessary.

Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η θεωρητική μελέτη κυμάτων ιονισμού που παράγονται κατά τη δημιουργία ηλεκτρικών εκκενώσεων ψυχρού πλάσματος. Μια πολύ χαρακτηριστική περίπτωση κύματος ιονισμού είναι ο streamer. Προκειμένου να μελετήσουμε τη συμπεριφορά του, αναπτύξαμε ένα δισδιάστατο αριθμητικό μοντέλο. Σε αυτό το υδροδυναμικό μοντέλο, επιλύθηκαν οι εξισώσεις συνεχείας για τα φορτισμένα σωματίδια της εκκένωσης καθώς και η εξίσωση Poisson για τον υπολογισμό του ηλεκτρικού πεδίου. Εξαιτίας των έντονων βαθμώσεων που εμφανίζονται κατά τη διάδοση του streamer χρησιμοποιήθηκαν εξειδικευμένες αριθμητικές τεχνικές. Το μοντέλο αναπτύχθηκε στα πλαίσια των πεπερασμένων στοιχείων χρησιμοποιώντας διορθωτές ροών για τη ακριβή περιγραφή των όρων μεταφοράς των υπερβολικών διαφορικών εξισώσεων συνέχειας. Το μοντέλο μας επιπλέον συγκρίθηκε και με ένα άλλο μοντέλο βασιζόμενο στους πεπερασμένους όγκους. Η συμφωνία που βρέθηκε μεταξύ των δυο μοντέλων ήταν πολύ καλή. Ακολούθως, με τη χρήση του προαναφερθέντος μοντέλου, μελετήσαμε το φαινόμενο του streamer, σε σχετικά μικρά (~1cm) μη ομογενή διάκενα. Διεξήχθησαν εξομοιώσεις τόσο στον αέρα όσο και στο άζωτο σε ατμοσφαιρική πίεση. Εξετάσθηκε η επίδραση της ακτίνας καμπυλότητας της ακίδας, η εφαρμοζόμενης τάσης και ο τύπος του αερίου στο κατά πόσο επηρεάζουν τη μορφολογία του streamer καθώς και τις ιδιότητες του κύματος ιονισμού γενικότερα. Τέλος μελετήθηκε και η αλληλεπίδραση του streamer με το υλικό της καθόδου. / The subject of this work is the theoretical study of the ionization waves that are produced and propagate at cold plasmas gas discharges. One of the most characteristic cases of ionization waves is the streamer and in this work it is investigated thoroughly. In order to elucidate the several physical mechanisms that related to the aforementioned phenomenon a two dimensional hydrodynamic numerical model is implemented. On this model the system of continuity equations for the charged species of the discharge (electrons, ions) coupled with the Poisson equation for the calculation of the electric field is solved numerically. Due to the shock character of the streamer special numerical techniques are adopted. The model is developed on the context of finite elements (FE) by using the flux corrected transport (FCT) algorithm for the accurately description of the transport part of continuity equations. Extended numerical tests are performed to validate correct implementation of FE-FCT. Moreover, our streamer model is also compared with an independent one, based on finite volumes (FV) framework, giving very similar results. By using the numerical model, streamer discharges at relative small, non uniform gaps (point to plane electrodes configuration) are studied. Simulations are performed in atmospheric pressure air and nitrogen. It is examined the influence of the radius of curvature of the tip, the level of applied voltage and the type of the gas, on the morphology of the streamer as well as on the properties of the ionization wave. Special attention is also drawn on the interaction of the streamer with the cathode electrode surface.

Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας μελετήθηκε, σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε ένα σύστημα ελέγχου ενός φασματοσκοπίου εκπομπής υψηλής φασματικής ανάλυσης. Η συσκευή αυτή, γνωστή και ως μονοχρωμάτορας, χρησιμοποιήθηκε για την καταγραφή φασμάτων εκπομπής από μία εκκένωση αίγλης σε διάκενο ακίδα-πλάκα σε συνθήκες χαμηλής πίεσης και θερμοκρασίας. Ο μονοχρωμάτορας χρησιμοποιεί ένα διάφραγμα περίθλασης που αναλύει μια πολυχρωματική δέσμη που προσπίπτει σε αυτό, στα επιμέρους μήκη κύματος Ο έλεγχος του συνόλου των λειτουργιών του συστήματος καθώς και η καταγραφή των φασμάτων πραγματοποιείται με τη χρήση λογισμικού που αναπτύχθηκε υπό την πλατφόρμα Labview. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας υλοποιήθηκε: Η σύνδεση της συσκευής οδήγησης του βηματικού κινητήρα που περιστρέφει το διάφραγμα με κατάλληλο τροφοδοτικό. Η ενίσχυση των σημάτων ελέγχου της συσκευής οδήγησης. Η ενίσχυση και καταγραφή του ρεύματος του φωτοπολλαπλασιαστή που καταγράφει τη φωτεινή δραστηριότητα. Η βαθμονόμηση του μονοχρωμάτορα. Η ανάπτυξη λογισμικού, φιλικού προς τον χρήστη, με το οποίο ελέγχεται ο μονοχρωμάτορας, καταγράφεται το φάσμα και αποθηκεύεται σε αρχείο για περαιτέρω επεξεργασία. Η συγκέντρωση του φωτός που εκπέμπεται από την εκκένωση και η οδήγησή του στην είσοδο του μονοχρωμάτορα με τη χρήση κατάλληλης οπτικής διάταξης. Η καταγραφή φασμάτων του παραγόμενου πλάσματος της εκκένωσης κατά μήκος του διακένου. Η μελέτη και ανάλυση των καταγεγραμμένων φασμάτων. / The main purpose of this thesis was to construct a control system for a high precision spectrometer. Using this spectrometer, also known as monochromator, spectra was recorded from a low temperature – low pressure, pin to plate, glow discharge. The monochromator uses a diffraction grating to separate spatially a polychromatic beam of light available at its input. The stepper motor control, along with the recording of spectra, is being conducted by suitable software developed under the Labview platform. Among the challenges of the thesis was to: Αssemble a stepper motor controller which rotates the diffraction grating with a suitable power supply. Αmplify the control signals of the controller. Αmplify the photomultiplier signals which records the luminous intensity. Calibrate the monochromator. Develop a user-friendly software which can control the monochromator, record spectra and export a file with the recorded spectra for further use. Concentrate the emitted light of the discharge and guide it to the monochromator's input slit, using a UV lens and an optical fiber. Capture emitted spectra of the produced plasma, at different positions along the pin to plate gap. Analyze the recorded spectra.

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο την μελέτη της επίδρασης της μορφής της ανόδου στην παραγωγή εκκενώσεων τύπου αίγλης. Για τον σκοπό αυτό μελετώνται οι εκκενώσεις που παράγονται στο εσωτερικό ενός αντιδραστήρα παραγωγής ψυχρού πλάσματος, μεταξύ μιας μη συμμετρικής διάταξης ηλεκτροδίων (διάκενο ακίδας-πλάκας), ο οποίος βρίσκεται στο εργαστήριο Ηλεκτροτεχνικών Υλικών του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Ειδικότερα, μελετώνται οι εκκενώσεις για τρεις διαφορετικούς τύπους ανόδου, κατασκευασμένες από διαφορετικό υλικό κάθε φορά, πραγματοποιώντας μια σειρά μετρήσεων από τις οποίες εξάγονται οι χαρακτηριστικές τάσης-ρεύματος για διάφορες τιμές της πίεσης εντός του αντιδραστήρα και για δύο διαφορετικές τιμές του μήκους του διακένου. Επιπρόσθετα, για τις παραπάνω συνθήκες, λαμβάνονται παλμοί ρεύματος και φωτός(με την βοήθεια ενός φωτοπολλαπλασιαστή) της εκκένωσης, οι οποίοι απεικονίζουν την φωτεινή δραστηριότητα κατά μήκος του διακένου. Από την επεξεργασία όλων των παραπάνω μετρήσεων, γίνεται προσπάθεια εξαγωγής συμπερασμάτων σχετικά με την επίδραση που δύναται να έχει η μορφή της ανόδου, στην παραγωγή μιας εκκένωσης αίγλης. Ειδικότερα: •Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται μια σύντομη ιστορική αναφορά και αναφέρονται κάποιες βασικές γνώσεις και χαρακτηριστικά που αφορούν στο πλάσμα. •Στο δεύτερο κεφάλαιο, παρατίθενται συνοπτικά τα καθεστώτα λειτουργίας μιας εκκένωσης αίγλης και συγχρόνως αναλύεται η εκκένωση, από φαινομενολογικής άποψης. •Στο τρίτο κεφάλαιο, περιγράφεται αναλυτικά η πειραματική διάταξη στην οποία έγινε το σύνολο των μετρήσεων. Παρουσιάζονται τα επιμέρους όργανα, που χρησιμοποιούνται για την μέτρηση συγκεκριμένων μεγεθών και ταυτόχρονα παρατίθενται διάφορες φωτογραφίες που απεικονίζουν οπτικά τα επιμέρους τμήματα που την απαρτίζουν. •Στο τέταρτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται το σύνολο των μετρήσεων, το οποίο περιλαμβάνει χαρακτηριστικές τάσης-ρεύματος, παλμούς ρεύματος και παλμούς φωτός για τις τρεις διαφορετικές ακίδες, για μια σειρά συνθηκών καθώς και συγκρίσεις διαφόρων μεγεθών που εξάγονται από τα παραπάνω. / In this thesis, the effect of the anode’s geometry on the production of glow discharges is studied. For this purpose, glow discharges produced inside a cold plasma reactor, between a non-symmetrical set-up of electrodes, are investigated. In particular, we study glow discharges for three types of anode, which are made of different materials. Initially, a series of measurements of the gap voltage and current is taken and the V-I characteristics are extracted, each for different values of pressure inside the reactor and two different values of gap length (d=1cm, d=2cm). Furthermore, for the above conditions, several current and light impulses (using a photomultiplier) are recorded, demonstrating the light distribution and light emission among the gap. Using all the above measurement, the effect of the anode’s geometry on the glow discharge production is analyzed. In summary, the following subjects are treated: • Basic characteristics of plasma and short historical reference. •Short reference to different functional regimes of a glow discharge and phenomenological analysis of the discharge. •Description of the experimental set-up and measuring instruments. •Experimental measurements of current and gap voltage (V-I characteristics), current pulses, light pulses, conclusions.

Το έργο αφορά στη μελέτη ενός πλάσματος Αζώτου εκκένωσης διηλεκτρικού φράγματος σε ατμοσφαιρική πίεση με διπλό στόχο: Πρώτον, την καλύτερη κατανόηση των φυσικοχημικών μηχανισμών που διέπουν αυτές τις εκκενώσεις, και στη συνέχεια την εφαρμογή αυτών στην επεξεργασία της επιφάνειας μεταλλικών υλικών. Συνεπώς η προσέγγιση στο πρόβλημα θα αναλυθεί λεπτομερώς με βάση δύο συμπληρωματικούς τομείς: - Μοντελοποίηση και Αριθμητική Εξομοίωση - Πειραματική Μελέτη. Το ψυχρό πλάσμα μιας εκκένωσης σε ατμοσφαιρική πίεση παρέχει μια σημαντική τεχνολογική καινοτομία: σπάει το φράγμα της τεχνολογίας κενού στην οποία βασίζονται οι τεχνικές πλάσματος χαμηλής πίεσης. Έτσι το ψυχρό πλάσμα μιας εκκένωσης σε ατμοσφαιρική πίεση παρουσιάζει σημαντικό βιομηχανικό ενδιαφέρον στο πλαίσιο της επεξεργασίας υλικών χαμηλής προστιθέμενης αξίας. Σε αυτή τη μελέτη, η επεξεργασία λαμβάνει χώρα υπό συνθήκες χωρικής μετα-εκκένωσης. Έτσι τα προϊόντα της εκκένωσης (και ιδιαίτερα τα ενεργά σωμάτια) αποστέλλονται, με βάση τη γεωμετρία του αντιδραστήρα και τη ροή του αερίου, εκτός του χώρου μεταξύ των ηλεκτροδίων.Μια τέτοια διάταξη επιτρέπει την επεξεργασία τμημάτων μεγάλων διαστάσεων ή ακόμα και τμημάτων που παρουσιάζουν καμπυλότητες. Επιτρέπει επίσης μια συνεχή βιομηχανική διεργασία κατά τα πρότυπα μιας γραμμής παραγωγής. Τα υλικά που μελετήθηκαν είναι κράματα μετάλλων Αl-2024 και TiA6V4, με βάση το αλουμίνιο και το τιτάνιο αντίστοχα. Χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία της αεροναυπηγικής που αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό μέρος της οικονομικής δραστηριότητας στη Νοτιοδυτική Γαλλία και ειδικά στην περιοχή του Pau. ο σκοπός της επεξεργασίας είναι να καταστεί συμβατή η επιφάνειa με τις βιομηχανικές διεργασίες κολλήσεων και βαφών. / This work deals with an atmospheric pressure dielectric barrier discharge (DBD) plasma in Nitrogen in a double goal: To give insight into the physicochemical mechanisms that dominate in such a discharge and to apply such a discharge in the surface treatment of metal-alloy samples. This thesis investigates the aforementioned topic via two complementary approaches: Συνεπώς η προσέγγιση στο πρόβλημα θα αναλυθεί λεπτομερώς με βάση δύο συμπληρωματικούς τομείς: - Numerical Modeling and Simulation - Experimental Study The cold plasma generated by an atmospheric pressure electrical discharge holds a significant technological advantage: it breaks the vacuum technology barrier which is the cornerstone of traditional low pressure plasma techniques. Thus, the atmospheric pressure cold plasma appears interesting for industrial surface treatment applications and especially in the case of low added value materials. In this thesis, the surface treatment application takes place in spatial afterglow conditions: the dielectric barrier discharge’s effluents are guided, based on the dedicated reactor design and the elevated gas flow values here used out, of the inter-electrode space. These experimental features permit the surface treatment of large samples or even the treatment of pieces of arbitrary geometries (eg. concave, …). Such a set-up also makes possible a continuous industrial process under the production line standards. The materials that were investigated in the framework of this thesis are the metallic alloys Αl-2024 and TiA6V4, on the basis of Aluminum and Titanium respectively. They are used frequently in aerospace and aeronautical design and engineering which represent an important part of the industrial activity in the South – West part of France and especially in the region of Pau. The purpose of their surface treatment by the atmospheric pressure DBD plasma spatial afterglow was to render them compatible with the industrial processes related to adhesion and painting.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η πειραματική μελέτη ηλεκτρικής εκκένωσης σε χαμηλή πίεση αερίου σε ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο (διάκενο ακίδα-πλάκα) και η σύγκριση με την ηλεκτρική εκκένωση στο ομογενές πεδίο. Βάση για όλες τις θεωρίες που πραγματεύονται την παραγωγή πλάσματος συνιστά η θεωρία Townsend. Σύμφωνα με αυτή, τα αέρια κατά την εφαρμογή μιας κρίσιμης τιμής τάσης παύουν να είναι μονωτές, υφίστανται ηλεκτρική διάσπαση και μετατρέπονται σε αγωγούς. Προτείνεται έτσι μια πολύ καλή εξήγηση των μηχανισμών των ηλεκτρικών εκκενώσεων που αφορά όμως, μόνο τα ομογενή πεδία. Η πλήρης ερμηνεία τους επιτυγχάνεται με τη θεωρία των κυμάτων ιονισμού που λαμβάνει υπόψην τα μη αμελητέα φορτία χώρου στα οποία εξάλλου και αποδίδει τη μεγάλη ταχύτητα διάδοσης του φαινομένου. Έπειτα, παρουσιάζεται συνοπτικά η εκκένωση αίγλης που συνιστά κατηγορία φαινομένων που αναπτύσσονται όταν το ρεύμα που διαρρέει το διάκενο γίνεται σημαντικό. Στο 1ο κεφάλαιο αναφέρονται και αναλύονται όλες οι έννοιες που εμπίπτουν στην ευρεία έννοια της ηλεκτρικής εκκένωσης. Τονίζονται μεγέθη και παράμετροι της εκκένωσης όπως ο συντελεστής δευτερογενούς παραγωγής ηλεκτρονίων γ που συνδυαζόμενα με τα πειραματικά αποτελέσματα, θα μας δώσουν τελικά χρήσιμα συμπεράσματα. Στο κεφάλαιο 2 περιγράφεται πλήρως η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε, τα όργανα των μετρήσεων καθώς και τα αέρια που χρησιμοποιήθηκαν. Κατόπιν, αναφέρονται συνοπτικά τα στάδια που πειράματος. Στο κεφάλαιο 3, παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα για τις ηλεκτρικές εκκενώσεις του αέρα φιάλης για πιέσεις 5-50mbar. Δίνονται οι χαρακτηριστικές καμπύλες V-I, μεμονωμένες και ομαδοποιημένες αλλά και τα αντίστοιχα παλμογραφήματα ρεύματος και φωτός για τις τρεις διαφορετικές πλάκες που χρησιμοποιήθηκαν (ατσαλιού, αλουμινίου και ορείχαλκου). Συμπληρωματικά, σχολιάζονται τα ηλεκτρικά και τα οπτικά χαρακτηριστικά τους και επιχειρείται σύγκριση και αναδεικνύεται το αν οι συνθήκες και το υλικό της καθόδου επηρεάζουν τα αποτελέσματα. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται μια ανακεφαλαίωση των παρατηρήσεων που προέκυψαν από το πείραμα και παρουσιάζονται κάποιες σκέψεις. Στο παράρτημα, παρουσιάζεται η αρχή λειτουργίας του φωτοπολλαπλασιαστή. Τέλος, παρουσιάζεται η βιβλιογραφία. / The purpose of this thesis is the experimental study electric dis¬charge at low pressure gas in inhomogeneous electric field (clearance pinplate) and the comparison with the electric discharge in a homogeneous field. Specifically, we look with the help of our experimental results it affects the conditions of the experiment (pressure gap) and the cathode material and highlighting the c factor. Basis for all theories dealing with the production of plasma is the theory Townsend. According to this, the gases in implementing a critical voltage ceases to be insulators, no electrical breakdown and converted pipelines. Thus proposed that a very good explanation of mechanisms of electric prods on, however, only the homogeneous fields. The full interpretation accomplished by the theory of wave ionization (streamer) which takes into consideration the non-negligible space charge in which, moreover, gives the rapidly spreading phenomenon. Then summarizes the glow discharge which is matter phenomena that occur when the current flowing through the gap is significant. In the first chapter reported and analyzed all the concepts covered in the broad sense of the electric discharge. Aggregates are highlighted as the factor c, which combined with the experimental results, will ultimately give us useful conclusions. In Chapter 2 describes the full experimental setup used, the instruments of measurement and the landfill gas were used. Then the steps experiment is been summarized. In Chapter 3 presents the experimental results for electrical discharges in air bottle for pressure 5 -50mbar. We present the characteristic curves V-I, isolated and grouped and the corresponding «photos» of power and light for three different plates were used (steel, aluminum and brass). Additionally, we comment electrical and optical characteristics and attempt to compare and highlights whether the conditions and the material of the cathode affect the results. In Chapter 4 is a summary of comments obtained from the experiment and presents some thoughts. The Annex shows the operating principle of the photomultiplier. Finally, we present the literature.