In this paper, we present the results for voltage–current (V–i) characteristics of dc low-pressure low to moderate current discharges in vapors of alcohols: methanol, ethanol, isopropanol, and n-butanol vapors. These electrical measurements are supported by optical recordings of axial emission profiles from low-current to high-current regimes. The voltage–current characteristics and the corresponding distribution of emission intensities were typically recorded for two pd values, in the left-hand branch of the Paschen curve (0.15 Torr cm) and in the minimum of the Paschen curves (ranging from 0.30 to 0.40 Torr cm for different alcohols selected here). In the recorded V–i characteristics, the different discharge regimes of discharge operation are easily distinguished. Axial profiles of emitted light from the low-current to high-current regimes reveal that heavy particles make up a significant contribution to excitation part in alcohol vapor discharges. In the region of transition from normal to abnormal glow in the methanol vapor discharge, sudden changes of the regime of operation were observed and several diagnostic techniques have been applied to them.

1.
P. J.
Bruggeman
,
M.
Kushner
,
B.
Locke
,
H.
Gardeniers
,
B.
Graham
,
D.
Graves
,
R.
Hofman-Caris
,
D.
Marić
,
J.
Reid
,
E.
Ceriani
,
D.
Fernandez Rivas
,
J.
Foster
,
S.
Garrick
,
Y.
Gorbanev
,
S.
Hamaguchi
,
F.
Iza
,
H.
Jablonowski
,
E.
Klimova
,
F.
Krcma
,
J.
Kolb
,
P.
Lukes
,
Z.
Machala
,
I.
Marinov
,
D.
Mariotti
,
S.
Mededovic Thagard
,
D.
Minakata
,
E.
Neyts
,
J.
Pawlat
,
Z. L.
Petrović
,
R.
Pflieger
,
S.
Reuter
,
D.
Schram
,
S.
Schroeter
,
M.
Shiraiwa
,
B.
Tarabova
,
P.
Tsai
,
J.
Verlet
,
T.
von Woedtke
,
K.
Wilson
,
K.
Yasui
, and
G.
Zvereva
,
Plasma Sources Sci. Technol.
25
,
053002
(
2016
).
2.
G.
Petitpas
,
J. D.
Rollier
,
A.
Darmonb
,
J.
Gonzalez-Aguilar
,
R.
Metkemeijer
, and
L.
Fulcheri
,
Int. J. Hydrog. Energy
32
,
2848
(
2007
).
3.
S.
Maruyama
,
R.
Kojimaa
,
Y.
Miyauchia
,
S.
Chiashia
, and
M.
Kohnob
,
Chem. Phys. Lett.
360
,
229
(
2002
).
4.
M.
Matsushima
,
M.
Noda
,
T.
Yoshida
,
H.
Kato
,
G.
Kalita
,
T.
Kizuki
,
H.
Uchida
,
M.
Umeno
, and
K.
Wakita
,
J. Appl. Phys.
113
,
114304
(
2013
).
5.
A.
Ando
,
K.
Ishikawa
,
H.
Kondo
,
T.
Tsutsumi
,
K.
Takeda
,
T.
Ohta
,
M.
Ito
,
M.
Hiramatsu
,
M.
Sekine
, and
M.
Hori
,
Jpn. J. Appl. Phys.
57
,
026201
(
2018
).
6.
A.
Kumar
,
P. A.
Lin
,
A.
Xue
,
B.
Hao
,
Y. K.
Yap
, and
R. M.
Sankaran
,
Nat. Commun.
4
,
2618
(
2013
).
7.
N.
Tarasenka
,
A.
Stupak
,
N.
Tarasenko
,
S.
Chakrabarti
, and
D.
Mariotti
,
Chem. Phys. Chem.
18
,
1074
(
2017
).
8.
M. G.
Sobacchi
,
A. V.
Saveliev
,
A. A.
Fridman
,
L. A.
Kennedy
,
S.
Ahmed
, and
T.
Krause
,
Int. J. Hydrog. Energy
27
,
635
(
2002
).
9.
F.
Chen
,
X.
Huang
,
D.
Cheng
, and
X.
Zhan
,
Int. J. Hydrog. Energy
39
,
9036
(
2014
).
10.
R.
Dillon
,
S.
Srinivasan
,
A. S.
Aricò
, and
V.
Antonucci
,
J. Power Sources
127
,
112
(
2004
).
11.
M. Z. F.
Kamarudin
,
S. K.
Kamarudin
,
M. S.
Masdar
, and
W. R. W.
Daud
,
Int. J. Hydrog. Energy
38
,
9438
(
2013
).
12.
R.-C.
Zhang
,
D.
Sun
,
R.
Zhang
,
W.-F.
Lin
,
M.
Macias-Montero
,
J.
Patel
,
S.
Askari
,
C.
McDonald
,
D.
Mariotti
, and
P.
Maguire
,
Sci. Rep.
7
,
46682
(
2017
).
13.
D. J.
Grey
,
R. K.
Sood
, and
R. K.
Manchanda
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A
527
,
493
(
2004
).
14.
D.
Bošnjaković
,
Z. L.
Petrović
,
R. D.
White
, and
S.
Dujko
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
47
,
435203
(
2014
).
15.
J.
Va’vra
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A
515
,
1
(
2003
).
16.
M. G.
Curtis
and
I. C.
Walker
,
J. Chem. Soc. Faraday Trans.
88
,
2805
(
1992
).
17.
T. L.
Cottrell
and
I. C.
Walker
,
Trans. Faraday Soc.
61
,
1585
(
1965
).
18.
J.
Sivoš
,
D.
Marić
,
G.
Malović
, and
Z. L.
Petrović
,
Eur. Phys. J. D
74
,
64
(
2020
).
19.
I.
Adamovich
,
S. D.
Baalrud
,
A.
Bogaerts
,
P. J.
Bruggeman
,
M.
Cappelli
,
V.
Colombo
,
U.
Czarnetzki
,
U.
Ebert
,
J. G.
Eden
,
P.
Favia
,
D. B.
Graves
,
S.
Hamaguchi
,
G.
Hieftje
,
M.
Hori
,
I. D.
Kaganovich
,
U.
Kortshagen
,
M. J.
Kushner
,
N. J.
Mason
,
S.
Mazouffre
,
S.
Mededovic Thagard
,
H.-R.
Metelmann
,
A.
Mizuno
,
E.
Moreau
,
A. B.
Murphy
,
B. A.
Niemira
,
G. S.
Oehrlein
,
Z. L.
Petrovic
,
L. C.
Pitchford
,
Y.-K.
Pu
,
S.
Rauf
,
O.
Sakai
,
S.
Samukawa
,
S.
Starikovskaia
,
J.
Tennyson
,
K.
Terashima
,
M. M.
Turner
,
M. C. M.
van de Sanden
, and
A.
Vardelle
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
50
,
323001
(
2017
).
20.
J.
Tennyson
,
S.
Rahimi
,
C.
Hill
,
L.
Tse
,
A.
Vibhakar
,
D.
Akello-Egwel1
,
D. B.
Brown
,
A.
Dzarasova
,
J. R.
Hamilton
,
D.
Jaksch
,
S.
Mohr
,
K.
Wren-Little
,
J.
Bruckmeier
,
A.
Agarwal
,
K.
Bartschat
,
A.
Bogaerts
,
J. P.
Booth
,
M. J.
Goeckner
,
K.
Hassouni
,
Y.
Itikawa
,
B. J.
Braams
,
E.
Krishnakumar
,
A.
Laricchiuta
,
N. J.
Mason
,
S.
Pandey
,
Z. L.
Petrovic
,
Y.-K.
Pu
,
A.
Ranjan
,
S.
Rauf
,
J.
Schulze
,
M. M.
Turner
,
P.
Ventzek
,
J. C.
Whitehead
, and
J.-S.
Yoon
,
Plasma Sources Sci. Technol.
26
,
055014
(
2017
).
21.
S.
Ghosh
,
K. L.
Nixon
,
W. A. D.
Pires
,
R. A. A.
Amorim
,
R. F. C.
Neves
,
H. V.
Duque
,
D. G. M.
da Silva
,
D. B.
Jones
,
F.
Blanco
,
G.
Garcia
,
M. J.
Brunger
, and
M. C. A.
Lopes
,
Int. J. Mass Spectrom.
430
,
44
(
2018
).
22.
X.-D.
Wang
,
C.-J.
Xuan
,
W.-L.
Feng
, and
S. X.
Tian
,
J. Chem. Phys.
142
,
064316
(
2015
).
23.
D. G. M.
da Silva
,
M.
Gomes
,
S.
Ghosh
,
I. F. L.
Silva
,
W. A. D.
Pires
,
D. B.
Jones
,
F.
Blanco
,
G.
Garcia
,
S. J.
Buckman
,
M. J.
Brunger
, and
M. C. A.
Lopes
,
J. Chem. Phys.
147
,
194307
(
2017
).
24.
M. J.
Brunger
,
Int. Rev. Phys. Chem.
36
,
333
(
2017
).
25.
J.
Sivoš
,
N.
Škoro
,
D.
Marić
,
G.
Malović
, and
Z. L.
Petrović
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
48
,
424011
(
2015
).
26.
D.
Marić
,
P.
Hartmann
,
G.
Malović
,
Z.
Donkó
, and
Z. L.
Petrović
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
36
,
2639
(
2003
).
27.
D.
Marić
,
M.
Savić
,
J.
Sivoš
,
N.
Škoro
,
M.
Radmilović-Radjenović
,
G.
Malović
, and
Z. L.
Petrović
,
Eur. Phys. J. D
68
,
155
(
2014
).
28.
A. V.
Phelps
and
Z. L.
Petrović
,
Plasma Sources Sci. Technol.
8
,
R21
(
1999
).
29.
M. M.
Nikolić
,
A. R.
Đorđević
,
I.
Stefanović
,
S.
Vrhovac
, and
Z. L.
Petrovic
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
31
,
717
(
2003
).
30.
A. V.
Phelps
,
L. C.
Pitchford
,
C.
Pedoussat
, and
Z.
Donko
,
Plasma Sources Sci. Technol.
8
,
B1
(
1999
).
31.
A. V.
Phelps
,
Z. L.
Petrović
, and
B. M.
Jelenković
,
Phys. Rev. E
47
,
2825
(
1993
).
32.
M. S.
Mokrov
and
Y. P.
Raizer
,
Plasma Sources Sci. Technol.
17
,
035031
(
2008
).
33.
N.
Škoro
,
D.
Marić
, and
Z. L.
Petrović
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
36
,
994
(
2008
).
34.
P.
Hartmann
,
Z.
Donkó
,
G.
Bánó
,
L.
Szalai
, and
K.
Rózsa
,
Plasma Sources Sci. Technol.
9
,
183
(
2000
).
35.
Z. L.
Petrović
,
I.
Stefanović
,
S.
Vrhovac
, and
J.
Živković
,
J. Phys. IV France
7
,
C4
341
(
1997
).
36.
D.
Marić
,
G.
Malović
, and
Z. L.
Petrović
,
Plasma Sources Sci. Technol.
18
,
034009
(
2009
).
37.
J.
Sivoš
,
D.
Marić
,
N.
Škoro
,
G.
Malović
, and
Z. L.
Petrović
,
Plasma Sources Sci. Technol.
28
,
055011
(
2019
).
38.
H.
Hasegawa
and
H.
Date
,
J. Appl. Phys.
117
,
133302
(
2015
).
39.
R.
Rejoub
,
C. D.
Morton
,
B. G.
Lindsay
, and
R. F.
Stebbings
,
J. Chem. Phys.
118
,
1756
(
2003
).
40.
C.
Ni
,
D.
Carolan
,
C.
Rocks
,
J.
Hui
,
Z.
Fang
,
D. B.
Padmanaban
,
J.
Ni
,
D.
Xie
,
P.
Maguire
,
J. T. S.
Irvine
, and
D.
Mariotti
,
Green Chem.
20
,
2101
(
2018
).
41.
A. A.
General
,
A. K.
Shuaibov
,
V. A.
Kel’man
, and
Y. V.
Zhmenyak
,
Tech. Phys. Lett.
40
,
482
(
2014
).
42.
A. I.
Shchedrin
,
D. S.
Levko
,
V. Y.
Chernyak
,
V. V.
Yukhimenko
, and
V. V.
Naumov
,
Tech. Phys. Lett.
35
,
449
(
2009
).
43.
J. R.
Ferrell
,
E. R.
Bogovich
,
N. R.
Lee
,
R. L.
Gray
, and
D. D.
Pappas
,
Biointerphases
10
,
021001
(
2015
).
44.
D.
Marić
,
K.
Kutasi
,
G.
Malović
,
Z.
Donkó
, and
Z. L.
Petrović
,
Eur. Phys. J. D
21
,
73
(
2002
).
45.
S.
Živanov
,
J.
Živković
,
I.
Stefanović
,
S.
Vrhovac
, and
Z. L.
Petrović
,
Eur. Phys. J. Appl. Phys.
11
,
59
(
2000
).
46.
I.
Stefanović
and
Z. L.
Petrović
,
Jpn. J. Appl. Phys.
36
,
4728
(
1997
).
47.
R. C.
Weast
,
Handbook of Chemistry and Physics
, 51st ed. (
Ohio Chemical Rubber Co.
,
Cleveland
,
OH
,
1970
).
48.
Z. L.
Petrović
and
A. V.
Phelps
,
Phys. Rev. E
47
,
2806
(
1993
).
49.
B. M.
Jelenković
,
K.
Rózsa
, and
A. V.
Phelps
,
Phys. Rev. E
47
,
2816
(
1993
).
50.
Z. L.
Petrović
and
A. V.
Phelps
,
Phys. Rev. E
80
,
016408
(
2009
).
51.
Z. L.
Petrović
,
B. M.
Jelenković
, and
A. V.
Phelps
,
Phys. Rev. Lett.
68
,
325
(
1992
).
52.
A. V.
Phelps
and
B. M.
Jelenković
,
Phys. Rev. A
38
,
2975
(
1988
).
53.
Z. L.
Petrović
and
A. V.
Phelps
,
Phys. Rev. E
80
,
066401
(
2009
).
54.
V.
Stojanović
,
Ž
Nikitović
, and
Z. L.
Petrović
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
39
,
2592
(
2011
).
55.
Z. L.
Petrović
and
V. D.
Stojanović
,
J. Vac. Sci. Technol. A
16
,
329
(
1998
).
56.
Z. L.
Petrović
and
A. V.
Phelps
,
Phys. Rev. E
56
,
5920
(
1997
).
57.
A.
Fierro
,
E.
Barnat
,
M.
Hopkins
,
C.
Moore
,
G.
Radtke
, and
B.
Yee
, “Challenges and opportunities in verification and validation of low temperature plasma simulations and experiments,”
Eur. J. Phys. D
(to be published).
58.
M.
Turner
,
Plasma Sources Sci. Technol.
25
,
054007
(
2016
).
You do not currently have access to this content.