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      Nano Spark|如何用氣溶膠技術在纖維表面快速沉積納米粒子(二)

      來源:復納科學儀器(上海)有限公司   2024年04月03日 13:59  

      前面我們介紹了在纖維表面沉積納米材料的多種方式,本文主要介紹四種機制實現顆粒物的收集。

      火花燒蝕利用的是大氣壓等離子火花放電,從而將導電的靶材燒蝕產生納米氣溶膠。通過氣流的控制可以實現顆粒粒徑的控制,在過濾的機制下實現沉積,而在過濾作用發生效果的過程中,主要有四種機制實現顆粒物的收集:

      01擴散作用

       擴散沉積是大部分小顆粒收集的方式 

      氣溶膠顆粒在氣體介質中會不斷地做布朗運動,纖維材料有大大的概率收集偏離氣流中心的小顆粒。這一方式可以收集絕大多數的超細顆粒物質,且分散性較好。

       擴撒機制沉積的顆??梢员WC良好的分散性 

       02  攔截作用

       

       攔截作用貢獻了絕大部分較大的顆粒 

      攔截機制是顆粒在運動的過程中,由于纖維的阻擋會使氣流偏移,而當顆粒中心之間的距離小于纖維直徑與顆粒的半徑之和,因此顆粒有較大概率會被纖維截留。對于較大的顆粒,攔截作用是主要的收集機制。

       攔截作用會將一些稍大的顆粒攔截在纖維表面 

      03沖壓作用

       沖壓機制會將較大顆粒集中在纖維邊緣 

      當氣流流速較快時,一部分質量較大的顆?;驁F聚體具備較大的動量。在于纖維接觸后,因為慣性的原因,大顆粒會來不及改變運動方向,從而被纖維攔截。而當沉積的時間足夠久,通過沖壓沉積形成的顆粒會結合成類似于蜘蛛網的結構,并且將孤立的纖維連接在一起。這種蜘蛛網結構保留了較多的氣孔,從而有利于氣體的擴散并暴露纖維本身的活性位點。

       沖壓機制會將大部分微米級慣性攔截  

      04 靜電吸附

       

      如果基底纖維本身帶有一定的電荷,如紡絲材料,則可有效吸附帶電的氣溶膠顆粒。通過火花燒蝕產生的部分顆粒會帶有一定量的電荷,通過靜電吸附可將這一部分顆粒有效收集。

      整體而言,通過過濾的方式可以保證均勻且高效的顆粒收集,其收集效率可用以下公式計算:

      Etot = 1-(1-ED)(1-ER)(1-EDR)(1-EI )≈ED +ER +EDR +EI

       

      Etot:整體收集效率

      ED:擴散收集效率

      ER:攔截收集效率

      EDR:擴散+攔截聯合收集效率

      EI:沖壓收集效率

      通過數據檢測,我們可以看出,絕大部分的納米級粒子都通過擴散機制吸附。而沖壓和攔截對于大顆粒都有明顯的收集效果。因此,可以利用擴散的方式將大部分的超細顆粒收集在纖維層中。

       各種機制對于顆粒的捕捉效率 

      下一章我們介紹火花燒蝕技術的主要應用

       

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