等離子體(plasma)又叫做電漿，是由部分電子被剝奪后的原子及原子團被電離后產生的正負離子組成的離子化氣體狀物質，尺度大于德拜長度的宏觀電中性電離氣體，其運動主要受電磁力支配，并表現出顯著的集體行為。它廣泛存在于宇宙中，常被視為是除去固、液、氣外，物質存在的第四態，是一種很好的導電體。今天Aigtek安泰電子給大家(jia)分享(xiang)一篇(pian)來自中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)院(yuan)北京納米能源與系統研(yan)(yan)究所，王中(zhong)林(lin)研(yan)(yan)究組的相關研(yan)(yan)究成果：【NatureCommunications】機(ji)械(xie)驅(qu)動的摩(mo)擦電微(wei)等離子(zi)體源誕生(sheng)。

　　研究(jiu)人(ren)員(yuan)認為傳統的(de)等(deng)離子體通(tong)常(chang)需(xu)要外部高壓電(dian)源(yuan)驅(qu)動(dong)，如直(zhi)流、微波、射頻等(deng)，其移動(dong)性、靈(ling)活性不可避免(mian)地受到電(dian)網或電(dian)池容量的(de)限(xian)制(zhi)。目(mu)前，通(tong)常(chang)利用壓電(dian)材料(liao)、太陽能或（鉆(zhan)石(shi)與藍寶石(shi)相互）摩擦來(lai)產生(sheng)等(deng)離子體。

　　盡(jin)管壓(ya)電等離子(zi)體消(xiao)除了對傳統變壓(ya)器的需(xu)求(qiu)，但仍然需(xu)要電源作為能(neng)量輸入；太陽能(neng)等離子(zi)體需(xu)要變壓(ya)器和用(yong)于黑暗環境的儲能(neng)裝(zhuang)置；而摩擦(ca)等離子(zi)體（Triboplasma），則僅限于原位（insitu）應用(yong)。近年來，源自(zi)于麥克(ke)斯韋方程組中(zhong)位移(yi)電流的摩擦(ca)納(na)米發(fa)電機（TENG）在自(zi)驅動系統中(zhong)獲得(de)了廣(guang)泛(fan)的應用(yong)。

　　作為電(dian)(dian)(dian)源，TENG天然(ran)具有(you)高(gao)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)的(de)輸出(chu)特(te)性(xing)，目(mu)前已(yi)應用在質(zhi)譜(pu)儀中定量(liang)地(di)產生輸入離子(zi)，還可(ke)通過高(gao)壓(ya)電(dian)(dian)(dian)場生成納米纖維。實際上，當操作TENG建立了較高(gao)的(de)電(dian)(dian)(dian)勢差（~kV）時，經(jing)常會出(chu)現靜電(dian)(dian)(dian)放電(dian)(dian)(dian)現象，這就意味著(zhu)有(you)可(ke)能利(li)用TENG可(ke)控地(di)誘發連續(xu)靜電(dian)(dian)(dian)放電(dian)(dian)(dian)以產生等離子(zi)體。

　　因此，研究人員(yuan)提(ti)出摩擦(ca)電(dian)微等(deng)離(li)子(zi)體(ti)(ti)（TriboelectricMicroplasma）的(de)概念，將等(deng)離(li)子(zi)體(ti)(ti)與TENG結合起來，直接收集機械運動產(chan)生(sheng)大氣壓(ya)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)(ti)。其原理(li)為(wei)：通過摩擦(ca)起電(dian)效(xiao)應產(chan)生(sheng)足夠高(gao)的(de)電(dian)壓(ya)，用于遠程建立高(gao)壓(ya)電(dian)場擊穿氣體(ti)(ti)，從而生(sheng)成等(deng)離(li)子(zi)體(ti)(ti)。這(zhe)種方法為(wei)TENG在高(gao)壓(ya)電(dian)場領域的(de)直接應用打開了一扇(shan)門，尤其是(shi)自驅動等(deng)離(li)子(zi)體(ti)(ti)。

　　圖文導讀

　　圖1摩(mo)擦(ca)電微等離子體的實驗裝置(zhi)及(ji)原理圖

　　（a）摩擦納米發(fa)電機直接驅動(dong)微等(deng)離子體射流(liu)示意(yi)圖

　　（b）摩擦(ca)電微等(deng)離子體與人體皮膚接(jie)觸(chu)

　　（c）具有(you)TENG圖(tu)案的介質(zhi)阻擋放電（DBD）裝(zhuang)置圖(tu)

　　（d）具有TENG圖案的(de)介質阻擋放電(dian)（DBD）等離子體照片

　　（e）摩擦納米發電(dian)機驅動等離子體的原理圖

　　圖2摩擦電微等離子體的(de)電學特性與N2電暈放電光譜分析

　　（a）電學參數測量原理圖

　　（b-c）不同轉速下TENG開路電壓與(yu)短路電流

　　（d-f）介質阻擋放電(dian)（DBD）電(dian)學(xue)特性

　　（g-i）微(wei)電火花放電（Microspark）電學特性

　　（j）五階(jie)升(sheng)壓電路（AC轉(zhuan)DC），用(yong)于N2電暈放(fang)電

　　（k）N2電暈(yun)放電3條(tiao)特(te)征譜線、電流與電壓(ya)隨時(shi)間的同步變(bian)化

　　（l）N2電(dian)暈放電(dian)發(fa)射光譜

　　圖3介質阻擋放電（DBD）微等離子仿(fang)真

　　（a）瞬態電(dian)壓、電(dian)場強(qiang)度(du)、電(dian)子(zi)數密度(du)及電(dian)子(zi)溫度(du)隨時間變(bian)化

　　（b-c）在不同時刻毛細管內電子數密(mi)度與電子溫度的徑向分布

　　（d）T/2時(shi)刻電子數密度分布云圖

　　（e）在實驗、等效(xiao)電(dian)(dian)路(lu)模(mo)型及(ji)COMSOL模(mo)型中放電(dian)(dian)電(dian)(dian)流波形對(dui)比

　　圖4不同放電模(mo)式下電學特(te)性隨(sui)電極(ji)間距的變化

　　（a-d）1型(xing)介質阻擋(dang)放電(dian)（DBD）裝置(zhi)示意圖(tu)及電(dian)學特性變化，具(ju)體包括放電(dian)電(dian)流、放電(dian)時間平(ping)均(jun)(jun)數/周期、電(dian)流有效值、平(ping)均(jun)(jun)功率（下(xia)同）

　　（e-h）2型石英毛(mao)細管微電(dian)火花放電(dian)裝置示意圖及電(dian)學(xue)特性變化

　　（i-l）3型不銹鋼針(zhen)管微電火花裝置示意圖及電學特(te)性變化(hua)

　　（m-p）放電(dian)模式隨結(jie)構變(bian)化的過程

　　圖5摩擦電微等離子體的應用

　　（a）用微等離(li)子體處理FEP表面示意圖

　　（b）微等離(li)子(zi)體處(chu)理前(qian)后FEP表面(mian)接觸角的變化

　　（c-d）微等離子體(ti)點亮“TENG”圖(tu)案實(shi)物照(zhao)片(pian)

　　（e-f）摩擦納米發(fa)電機(ji)驅動的(de)等離子體發(fa)光盤（Plasmadisk）實(shi)物(wu)照片

　　為了滿足等離子體及介質阻擋放電測試系統的電壓、功率、頻率需求，我們選擇ATA-7050高壓放大器來(lai)為(wei)系統提供動能，指標參數具體如下：

　　帶寬：（-3dB）DC~5kHz

　　電壓(ya)：10kVp-p（±5kVp）

　　電流：20mAp

　　功率(lv)：100Wp

　　壓擺率：≥111V/μs

　　ATA-7050高壓放大(da)器(qi)在介質阻擋放電(dian)(dian)(DBD)、無(wu)損檢測、材料(liao)極化、3D打(da)印、電(dian)(dian)流體(ti)打(da)印、電(dian)(dian)光調制(zhi)、壓電(dian)(dian)點(dian)膠閥、電(dian)(dian)活性聚(ju)合(he)物、鐵電(dian)(dian)測試、等離子體(ti)、靜電(dian)(dian)偏(pian)轉，電(dian)(dian)滯(zhi)回曲線等眾多領域(yu)都有著廣泛應用，具體(ti)案例歡迎持(chi)續關注(zhu)我(wo)們(men)(men)，我(wo)們(men)(men)將(jiang)在日后逐一為大(da)家分享。

　　除此之外它還(huan)具(ju)有(you)以下特(te)點(dian)及優(you)勢：

　　1、雙通道輸出，最(zui)大輸出功率(lv)100Wp，電壓增(zeng)益(yi)數控0~2000倍可調(diao)，結合液晶(jing)面(mian)板增(zeng)益(yi)的顯(xian)示，能夠快(kuai)速調(diao)整至需要的電壓值；

　　2、液晶面板顯(xian)示，操作簡單；

　　3、具有(you)輸出開關，控(kong)制更加靈(ling)活；

　　4、裝有風扇(shan)進而有效(xiao)散熱；

　　5、輸出(chu)具有(you)過流保護；

　　6、配有1/1000Monitor：此端口電壓(ya)(ya)為(wei)輸出端口的(de)1/1000，監測口為(wei)BNC接(jie)(jie)頭，可以直接(jie)(jie)連接(jie)(jie)到示波器進行輸出電壓(ya)(ya)的(de)實時監測。

　　ATA-7050電(dian)壓放大器參數指(zhi)標

　　ATA-7050電(dian)壓(ya)放大器幅(fu)頻特性圖

　　ATA-7050電壓放(fang)大器(qi)容性(xing)負載曲線圖

　　本資料由Aigtek安泰(tai)電(dian)子整理(li)發布，更(geng)多案例及產品詳(xiang)情(qing)請持續關注我們。

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