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Nano Spark|如何用气溶胶技术在纤维表面快速沉积纳米粒子(二)

 更新时间:2024-04-03 点击量:209

前面我们介绍了在纤维表面沉积纳米材料的多种方式,本文主要介绍四种机制实现颗粒物的收集。

火花烧蚀利用的是大气压等离子火花放电,从而将导电的靶材烧蚀产生纳米气溶胶。通过气流的控制可以实现颗粒粒径的控制,在过滤的机制下实现沉积,而在过滤作用发生效果的过程中,主要有四种机制实现颗粒物的收集:

01扩散作用

 扩散沉积是大部分小颗粒收集的方式 

气溶胶颗粒在气体介质中会不断地做布朗运动,纤维材料有极大的概率收集偏离气流中心的小颗粒。这一方式可以收集绝大多数的超细颗粒物质,且分散性较好。

 扩撒机制沉积的颗粒可以保证良好的分散性 

 02  拦截作用


 拦截作用贡献了绝大部分较大的颗粒 

拦截机制是颗粒在运动的过程中,由于纤维的阻挡会使气流偏移,而当颗粒中心之间的距离小于纤维直径与颗粒的半径之和,因此颗粒有较大概率会被纤维截留。对于较大的颗粒,拦截作用是主要的收集机制。

 拦截作用会将一些稍大的颗粒拦截在纤维表面 

03冲压作用

 冲压机制会将较大颗粒集中在纤维边缘 

当气流流速较快时,一部分质量较大的颗粒或团聚体具备较大的动量。在于纤维接触后,因为惯性的原因,大颗粒会来不及改变运动方向,从而被纤维拦截。而当沉积的时间足够久,通过冲压沉积形成的颗粒会结合成类似于蜘蛛网的结构,并且将孤立的纤维连接在一起。这种蜘蛛网结构保留了较多的气孔,从而有利于气体的扩散并暴露纤维本身的活性位点。

 冲压机制会将大部分微米级惯性拦截  

04 静电吸附


如果基底纤维本身带有一定的电荷,如纺丝材料,则可有效吸附带电的气溶胶颗粒。通过火花烧蚀产生的部分颗粒会带有一定量的电荷,通过静电吸附可将这一部分颗粒有效收集。

整体而言,通过过滤的方式可以保证均匀且高效的颗粒收集,其收集效率可用以下公式计算:

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


Etot:整体收集效率

ED:扩散收集效率

ER:拦截收集效率

EDR:扩散+拦截联合收集效率

EI:冲压收集效率

通过数据检测,我们可以看出,绝大部分的纳米级粒子都通过扩散机制吸附。而冲压和拦截对于大颗粒都有明显的收集效果。因此,可以利用扩散的方式将大部分的超细颗粒收集在纤维层中。

 各种机制对于颗粒的捕捉效率 

下一章我们介绍火花烧蚀技术的主要应用


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