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

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(jī)制實(shí)現(xiàn)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(dǎo)電的靶材燒蝕產(chǎn)生納米氣溶膠。通過氣流的控制可以實(shí)現(xiàn)顆粒粒徑的控制，在過濾的機(jī)制下實(shí)現(xiàn)沉積，而在過濾作用發(fā)生效果的過程中，主要有四種機(jī)制實(shí)現(xiàn)顆粒物的收集：

01擴(kuò)散作用

 擴(kuò)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(zhì)中會不斷地做布朗運(yùn)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(shù)的超細(xì)顆粒物質(zhì)，且分散性較好。

 擴(kuò)撒機(jī)制沉積的顆粒可以保證良好的分散性 

 02  攔截作用

 攔截作用貢獻(xiàn)了絕大部分較大的顆粒 

攔截機(jī)制是顆粒在運(yùn)動的過程中，由于纖維的阻擋會使氣流偏移，而當(dāng)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(jī)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(jī)制會將較大顆粒集中在纖維邊緣 

當(dāng)氣流流速較快時，一部分質(zhì)量較大的顆粒或團(tuán)聚體具備較大的動量。在于纖維接觸后，因?yàn)閼T性的原因，大顆粒會來不及改變運(yùn)動方向，從而被纖維攔截。而當(dāng)沉積的時間足夠久，通過沖壓沉積形成的顆粒會結(jié)合成類似于蜘蛛網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，并且將孤立的纖維連接在一起。這種蜘蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)保留了較多的氣孔，從而有利于氣體的擴(kuò)散并暴露纖維本身的活性位點(diǎn)。

 沖壓機(jī)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(chǎn)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(kuò)散收集效率

ER：攔截收集效率

EDR：擴(kuò)散+攔截聯(lián)合收集效率

EI：沖壓收集效率

通過數(shù)據(jù)檢測，我們可以看出，絕大部分的納米級粒子都通過擴(kuò)散機(jī)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(kuò)散的方式將大部分的超細(xì)顆粒收集在纖維層中。

 各種機(jī)制對于顆粒的捕捉效率 

下一章我們介紹火花燒蝕技術(shù)的主要應(yīng)用