Aigtek安泰電子應(yīng)用分享：介質(zhì)阻擋放電( DBD )微等離子仿真實驗系統(tǒng)
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(chǎn)生的正負離子組成的離子化氣體狀物質(zhì)，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(xiàn)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(zhì)存在的第四態(tài)，是一種很好的導電體。今天Aigtek安泰電子給大家分享一篇來自中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所，王中林研究組的相關(guān)研究成果：【NatureCommunications】機械驅(qū)動的摩擦電微等離子體源誕生。
研究人員認為傳統(tǒng)的等離子體通常需要外部高壓電源驅(qū)動，如直流、微波、射頻等，其移動性、靈活性不可避免地受到電網(wǎng)或電池容量的限制。目前，通常利用壓電材料、太陽能或（鉆石與藍寶石相互）摩擦來產(chǎn)生等離子體。
盡管壓電等離子體消除了對傳統(tǒng)變壓器的需求，但仍然需要電源作為能量輸入；太陽能等離子體需要變壓器和用于黑暗環(huán)境的儲能裝置；而摩擦等離子體（Triboplasma），則僅限于原位（insitu）應(yīng)用。近年來，源自于麥克斯韋方程組中位移電流的摩擦納米發(fā)電機（TENG）在自驅(qū)動系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。
作為電源，TENG天然具有高電壓的輸出特性，目前已應(yīng)用在質(zhì)譜儀中定量地產(chǎn)生輸入離子，還可通過高壓電場生成納米纖維。實際上，當操作TENG建立了較高的電勢差（~kV）時，經(jīng)常會出現(xiàn)靜電放電現(xiàn)象，這就意味著有可能利用TENG可控地誘發(fā)連續(xù)靜電放電以產(chǎn)生等離子體。
因此，研究人員提出摩擦電微等離子體（TriboelectricMicroplasma）的概念，將等離子體與TENG結(jié)合起來，直接收集機械運動產(chǎn)生大氣壓等離子體。其原理為：通過摩擦起電效應(yīng)產(chǎn)生足夠高的電壓，用于遠程建立高壓電場擊穿氣體，從而生成等離子體。這種方法為TENG在高壓電場領(lǐng)域的直接應(yīng)用打開了一扇門，尤其是自驅(qū)動等離子體。
圖文導讀
圖1摩擦電微等離子體的實驗裝置及原理圖
（a）摩擦納米發(fā)電機直接驅(qū)動微等離子體射流示意圖
（b）摩擦電微等離子體與人體皮膚接觸
（c）具有TENG圖案的介質(zhì)阻擋放電（DBD）裝置圖
（d）具有TENG圖案的介質(zhì)阻擋放電（DBD）等離子體照片
（e）摩擦納米發(fā)電機驅(qū)動等離子體的原理圖
圖2摩擦電微等離子體的電學特性與N2電暈放電光譜分析
（a）電學參數(shù)測量原理圖
（b-c）不同轉(zhuǎn)速下TENG開路電壓與短路電流
（d-f）介質(zhì)阻擋放電（DBD）電學特性
（g-i）微電火花放電（Microspark）電學特性
（j）五階升壓電路（AC轉(zhuǎn)DC），用于N2電暈放電
（k）N2電暈放電3條特征譜線、電流與電壓隨時間的同步變化
（l）N2電暈放電發(fā)射光譜
圖3介質(zhì)阻擋放電（DBD）微等離子仿真
（a）瞬態(tài)電壓、電場強度、電子數(shù)密度及電子溫度隨時間變化
（b-c）在不同時刻毛細管內(nèi)電子數(shù)密度與電子溫度的徑向分布
（d）T/2時刻電子數(shù)密度分布云圖
（e）在實驗、等效電路模型及COMSOL模型中放電電流波形對比
圖4不同放電模式下電學特性隨電極間距的變化
（a-d）1型介質(zhì)阻擋放電（DBD）裝置示意圖及電學特性變化，具體包括放電電流、放電時間平均數(shù)/周期、電流有效值、平均功率（下同）
（e-h）2型石英毛細管微電火花放電裝置示意圖及電學特性變化
（i-l）3型不銹鋼針管微電火花裝置示意圖及電學特性變化
（m-p）放電模式隨結(jié)構(gòu)變化的過程
圖5摩擦電微等離子體的應(yīng)用
（a）用微等離子體處理FEP表面示意圖
（b）微等離子體處理前后FEP表面接觸角的變化
（c-d）微等離子體點亮“TENG”圖案實物照片
（e-f）摩擦納米發(fā)電機驅(qū)動的等離子體發(fā)光盤（Plasmadisk）實物照片
為了滿足等離子體及介質(zhì)阻擋放電測試系統(tǒng)的電壓、功率、頻率需求，我們選擇ATA-7050高壓放大器來為系統(tǒng)提供動能，指標參數(shù)具體如下：
帶寬：（-3dB）DC~5kHz
電壓：10kVp-p（±5kVp）
電流：20mAp
功率：100Wp
壓擺率：≥111V/μs
ATA-7050高壓放大器在介質(zhì)阻擋放電(DBD)、無損檢測、材料極化、3D打印、電流體打印、電光調(diào)制、壓電點膠閥、電活性聚合物、鐵電測試、等離子體、靜電偏轉(zhuǎn)，電滯回曲線等眾多領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用，具體案例歡迎持續(xù)關(guān)注我們，我們將在日后逐一為大家分享。
除此之外它還具有以下特點及優(yōu)勢：
1、雙通道輸出，最大輸出功率100Wp，電壓增益數(shù)控0~2000倍可調(diào)，結(jié)合液晶面板增益的顯示，能夠快速調(diào)整至需要的電壓值；
2、液晶面板顯示，操作簡單；
3、具有輸出開關(guān)，控制更加靈活；
4、裝有風扇進而有效散熱；
5、輸出具有過流保護；
6、配有1/1000Monitor：此端口電壓為輸出端口的1/1000，監(jiān)測口為BNC接頭，可以直接連接到示波器進行輸出電壓的實時監(jiān)測。
ATA-7050電壓放大器參數(shù)指標
ATA-7050電壓放大器幅頻特性圖
ATA-7050電壓放大器容性負載曲線圖
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西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率放大器模塊、功率信號源、射頻功率放大器、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測量儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)，為用戶提供具有競爭力的測試方案。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機都支持免費試用。如想了解更多功率放大器等產(chǎn)品，請持續(xù)關(guān)注安泰電子官網(wǎng)m.fjiakun.cn或撥打029-88865020。
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