本發(fā)明涉及離子風(fēng)產(chǎn)生方法及裝置，尤其是指一種在離子風(fēng)產(chǎn)生時，能夠提高離子風(fēng)風(fēng)速的方法及裝置。

背景技術(shù)：

近年來，隨著對放電等離子體技術(shù)不斷深入的研究，以及其應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，離子風(fēng)作為放電等離子體的一種現(xiàn)象，受到了國內(nèi)外研究者的大量關(guān)注，并在氣動流控制、散熱、除塵、干燥、推進(jìn)及減阻等諸多領(lǐng)域中有潛在應(yīng)用，成為電子、能源、環(huán)境、材料、軍事等行業(yè)內(nèi)的熱點(diǎn)研究問題。

離子風(fēng)，是電暈放電過程中一種特有的現(xiàn)象，一般也稱為電暈風(fēng)。具體而言，就是在外加高壓電場作用下，由于曲率較大的電極（即離子發(fā)射極）附近電場增強(qiáng)，在其周圍的氣體（如空氣）被電離并在高壓電場作用下產(chǎn)生大量離子射流運(yùn)動，離子射流對周圍流體產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動，形成從曲率較大的電極到曲率較小電極（即離子接收極）方向的流體運(yùn)動，即為離子風(fēng)。

目前，離子風(fēng)技術(shù)仍處于開發(fā)研究階段，仍未得到廣泛應(yīng)用，因此，關(guān)于離子風(fēng)技術(shù)仍存在各種問題和需求。譬如，研究者期望可以進(jìn)一步增大離子風(fēng)的風(fēng)速。通常，為了增大離子風(fēng)風(fēng)速，一般采用的方法是向引發(fā)離子風(fēng)的電極施加較高的電壓，但這同時會增大電力的消耗。因此，如何在同等電壓下增大離子風(fēng)風(fēng)速成為一個值得研究的問題。當(dāng)前，學(xué)術(shù)界對離子風(fēng)風(fēng)速的提高主要側(cè)重于兩極間電壓和電極結(jié)構(gòu)布局等方面，極間電壓主要包括直流電源、高頻電壓和脈沖電壓等；電極結(jié)構(gòu)主要包括針-板式、線-板式、線-管式、線-線式、針-環(huán)式等電極結(jié)構(gòu)。如何從材料改性角度出發(fā)來增大離子風(fēng)風(fēng)速成為一個非常值得研究的課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高離子風(fēng)風(fēng)速的方法，通過引入碳納米管材料，改變離子發(fā)射極的性能，增強(qiáng)所產(chǎn)生的離子風(fēng)的風(fēng)速，同時還提供了一種離子風(fēng)發(fā)生裝置。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是：

一種提高離子風(fēng)風(fēng)速的方法，該方法具體包括以下步驟：

步驟1：制備用于分散碳納米管的有機(jī)漿料

將質(zhì)量比為1︰15~25的乙基纖維素和松油醇混合后，在60~80℃的水浴條件下充分?jǐn)嚢瑁怪旌暇鶆?，形成粘稠、透明的膠體，即為有機(jī)漿料；

步驟2：制備碳納米管有機(jī)漿料

取質(zhì)量比為1︰5~9的碳納米管與所述有機(jī)漿料混合，轉(zhuǎn)入研缽中手動充分研磨0.5~1.5小時至碳納米管與有機(jī)漿料混合均勻，且碳納米管被充分分散即肉眼所見無顆粒，形成碳納米管有機(jī)漿料；

步驟3：制備碳納米管離子發(fā)射電極

將碳納米管有機(jī)漿料涂覆于不銹鋼針即針狀電極針尖表面，然后將不銹鋼針置于溫度設(shè)定為200~400℃的馬弗爐中進(jìn)行0.5~2個小時的烘烤，以除去有機(jī)漿料，使碳納米管附著在不銹鋼針尖端表面；最后，用帶有粘附性的膠帶對涂覆形成的碳納米管薄膜表面進(jìn)行數(shù)次粘附，進(jìn)一步除去薄膜表面殘留的有機(jī)漿料，同時使得碳納米管能垂直電極表面分布，得到所述碳納米管離子發(fā)射電極；

步驟4：提高離子風(fēng)風(fēng)速

將制得的碳納米管離子發(fā)射電極設(shè)置于離子風(fēng)發(fā)生器中，作為離子發(fā)射極，在產(chǎn)生離子風(fēng)的過程中，該碳納米管離子發(fā)射極能夠增強(qiáng)離子風(fēng)的風(fēng)速。

或者采用以下步驟：

步驟1：確定用于分散碳納米管的有機(jī)溶劑

使用分析純級別的有機(jī)溶劑；

步驟2：制備碳納米管有機(jī)溶液

將質(zhì)量比為0.1︰50~200碳納米管和有機(jī)溶劑混合，經(jīng)過超聲分散1~2小時，使其充分混合，形成分散均勻的碳納米管有機(jī)溶液；

步驟3：制備碳納米管離子發(fā)射電極

將碳納米管有機(jī)溶液以每秒1~2滴的速度滴至不銹鋼針即針狀電極針尖表面，在60~100℃的條件下烘烤0.5~2個小時，以除去有機(jī)溶劑，使碳納米管附著在不銹鋼針尖端表面；最后，用帶有粘附性的膠帶對涂覆形成的碳納米管薄膜表面進(jìn)行數(shù)次粘附，進(jìn)一步除去薄膜表面殘留的有機(jī)溶劑，同時使得碳納米管能垂直電極表面分布，得到所述碳納米管離子發(fā)射電極；

步驟4：提高離子風(fēng)風(fēng)速

將制得的碳納米管離子發(fā)射電極設(shè)置于離子風(fēng)發(fā)生器中，作為離子發(fā)射極，在產(chǎn)生離子風(fēng)的過程中，該碳納米管離子發(fā)射極能夠增強(qiáng)離子風(fēng)的風(fēng)速。

所述碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管。

所述有機(jī)溶劑為乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷、氯仿或者二甲基甲酰胺。

一種實(shí)施上述方法的裝置，該裝置包括：絕緣外殼、離子發(fā)射極、離子接收極以及高壓電源，所述絕緣外殼為圓柱形管狀或圓錐形管狀，離子發(fā)射極與離子接收極設(shè)于絕緣外殼內(nèi)，離子發(fā)射極位于絕緣外殼進(jìn)口端，離子接收極位于絕緣外殼出口端，高壓電源設(shè)于離子發(fā)射極與離子接收極之間；其中，所述離子發(fā)射極為碳納米管離子發(fā)射電極。

所述離子發(fā)射極包括至少一根針狀電極或線狀電極；離子接收極為環(huán)狀電極或網(wǎng)狀電極。

所述高壓電源為交流高壓電或直流高壓電，且施加直流高壓電時，離子發(fā)射極與高壓電源正極或者負(fù)極連接，離子接收極與地極相接。

本發(fā)明的有益效果：在離子發(fā)射極表面涂覆碳納米管材料，并將此碳納米管發(fā)射極作為發(fā)射極組裝成離子風(fēng)發(fā)生器，在此離子風(fēng)發(fā)生器中，離子風(fēng)的速度得到了顯著的提高，并且所施加的電壓明顯比使用未涂覆碳納米管的電壓低，減少了電力的消耗。采用該方法和未采用該方法得到的效果對比將在具體實(shí)施例中進(jìn)行展示。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中A-A處剖面圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1風(fēng)速對比曲線圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖4中A-A處剖面圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例2風(fēng)速對比曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

實(shí)施例1

本發(fā)明的方法是在離子風(fēng)發(fā)生器中的離子發(fā)射極20尖端表面涂覆一層碳納米管薄膜，所述涂覆了碳納米管薄膜的離子發(fā)射極20在產(chǎn)生離子風(fēng)的過程中，由于碳納米管的引入，可增強(qiáng)離子風(fēng)的風(fēng)速。

具體涂覆方法為：

（1）制備有機(jī)漿料

將質(zhì)量比為1︰20的乙基纖維素和松油醇混合后，在一定溫度（60-80℃）下充分?jǐn)嚢?，使之混合均勻，形成粘稠、透明的膠體，即為有機(jī)漿料；

（2）制備碳納米管有機(jī)漿料

取質(zhì)量比為1︰8的雙壁碳納米管與上述有機(jī)漿料混合，轉(zhuǎn)入研缽中手動充分研磨至碳納米管和有機(jī)漿料混合均勻，且碳納米管被充分分散（肉眼所見無顆粒），形成碳納米管有機(jī)漿料。

（3）制備碳納米管離子發(fā)射電極

將碳納米管有機(jī)漿料涂覆于不銹鋼針（針狀電極21）針尖表面，然后將不銹鋼針置于溫度設(shè)定為350℃的馬弗爐中進(jìn)行烘烤1.5小時，以除去有機(jī)漿料，從而使碳納米管成功附著在不銹鋼針21尖端表面。最后，對涂覆碳納米管的針狀電極21進(jìn)行膠帶處理，具體操作是用帶有粘附性的膠帶對涂覆形成的碳納米管薄膜表面進(jìn)行數(shù)次粘附，進(jìn)一步除去薄膜表面殘留的有機(jī)漿料，同時使得碳納米管能垂直電極表面分布，有利于尖端電子的發(fā)射。

參閱圖1，本發(fā)明提供的一種提高離子風(fēng)風(fēng)速的裝置，該裝置包括絕緣外殼10，絕緣外殼10主體部分為管狀，離子風(fēng)出口端11形狀呈錐狀，沿離子風(fēng)形成方向，直徑逐漸減??；離子發(fā)射極20為一根按上述方法尖端涂覆了雙壁碳納米管的不銹鋼針電極21，其剖面圖參閱圖2，經(jīng)過涂覆的碳納米管以薄膜的形式附著在不銹鋼電極21上，即圖2中211所示的碳納米管薄膜，將不銹鋼電極21固定在絕緣外殼10內(nèi)的進(jìn)口端12，并保持不銹鋼針21位于絕緣外殼10的軸心位置；離子接收極30為導(dǎo)電環(huán)狀電極31，固定在絕緣外殼10主體部分靠近出口端，且與地極相接；在所述的離子發(fā)射極20和離子接收極30之間連接了一個用于施加高壓的高壓直流電源40，所述的離子發(fā)射極20與高壓直流電源40的負(fù)極連接；并且所述的離子發(fā)射極20與離子接收極30之間的距離是可以調(diào)節(jié)的。

當(dāng)在離子發(fā)射極20和離子接收極30之間施加一個高壓時，具有碳納米管薄膜211的針狀電極21尖端會產(chǎn)生較高的電場強(qiáng)度，靠近離子發(fā)射極20的氣體分子會在高壓電場下被離子化，即中性分子的外層電子在強(qiáng)電場的作用下，脫離分子的束縛，形成帶電粒子，沿著電場作定向運(yùn)動，在電場的作用下，電子將以很快的速度去碰撞其它中性分子，這將會有更多的帶電粒子產(chǎn)生，針狀電極21附近形成大量離子射流運(yùn)動，離子射流對周圍流體產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動，形成針狀電極21向離子接收極30方向的流體運(yùn)動，即為離子風(fēng)。在離子風(fēng)出口端11，用熱線風(fēng)速儀來對形成的離子風(fēng)風(fēng)速進(jìn)行測量記錄。

最后，適當(dāng)調(diào)節(jié)針狀離子發(fā)射電極21和環(huán)狀離子接收電極31之間的距離，將利用上述離子風(fēng)發(fā)生裝置在施加高壓下測得的離子風(fēng)風(fēng)速的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與在同樣裝置中使用未涂覆碳納米管的不銹鋼針發(fā)射極時測得的離子風(fēng)風(fēng)速的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到兩組用于對比的離子風(fēng)風(fēng)速變化曲線，如圖3所示。圖中A表示涂覆碳納米管的發(fā)射極，B表示未涂覆碳納米管的發(fā)射極，從中可以看出，使用了涂覆碳納米管的發(fā)射極的離子風(fēng)發(fā)生器中所測得的離子風(fēng)風(fēng)速比未涂覆碳納米管的發(fā)射極離子風(fēng)風(fēng)速有著明顯的提高，并且在相同風(fēng)速的情況下，涂覆碳納米管的發(fā)射極所需要施加的電壓明顯比未涂覆碳納米管的發(fā)射極低。通過本實(shí)施例，本發(fā)明用于增強(qiáng)離子風(fēng)風(fēng)速的效果非常明顯而有效。

實(shí)施例2

本發(fā)明提供了一種提高離子風(fēng)風(fēng)速的方法，包括以下步驟：在離子風(fēng)發(fā)生器中的離子發(fā)射極20尖端表面滴附一層碳納米管薄膜，所述的滴附了碳納米管薄膜的離子發(fā)射極20在產(chǎn)生離子風(fēng)的過程中，由于碳納米管材料的引入，使得離子風(fēng)的風(fēng)速得以增強(qiáng)。

具體滴附方法為：

（1）制備碳納米管溶液

取一定質(zhì)量的多壁碳納米管溶于一定體積的分析乙醇溶液中進(jìn)行混合，經(jīng)過10分鐘左右的超聲波攪拌之后，碳納米管充分分散于乙醇溶液中，形成質(zhì)量濃度為0.1%的碳納米管溶液。

（2）制備碳納米管離子發(fā)射電極

取適量碳納米管溶液滴附于不銹鋼針（針狀電極21）尖端表面，然后將不銹鋼針置于溫度設(shè)定為350℃的馬弗爐中進(jìn)行烘烤1小時，以除去有機(jī)溶劑，從而使碳納米管成功附著在不銹鋼針表面，其剖面圖參閱圖5，經(jīng)過滴附的碳納米管分散附著在不銹鋼電極21上，即圖5中212所示的碳納米管薄膜,將不銹鋼電極21固定在絕緣外殼10內(nèi)的進(jìn)口端12，并保持不銹鋼針21位于絕緣外殼的軸心位置。最后，對滴附了碳納米管的針狀電極21進(jìn)行膠帶處理，具體操作是用帶有粘附性的膠帶對滴附形成的碳納米管進(jìn)行數(shù)次粘附，使得碳納米管能垂直電極表面分布，有利于針狀電極21尖端電子的發(fā)射。

參閱圖4，本實(shí)施例的離子風(fēng)發(fā)生裝置與實(shí)施例1的區(qū)別在于，裝置的離子接收極30為網(wǎng)狀導(dǎo)電電極32，網(wǎng)狀導(dǎo)電電極32位于絕緣外殼10管狀部分和錐形部分的交界處，同樣與地極相連接。

最后，適當(dāng)調(diào)節(jié)針狀離子發(fā)射電極20和網(wǎng)狀離子接收電極32之間的距離，利用本實(shí)施例裝置在施加高壓下測得的離子風(fēng)風(fēng)速的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與在同樣裝置中使用未滴附碳納米管的不銹鋼針發(fā)射極時測得的離子風(fēng)風(fēng)速的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到兩組用于對比的離子風(fēng)風(fēng)速變化曲線，如圖6所示。圖中A表示滴附碳納米管的發(fā)射極，B表示未滴附碳納米管的發(fā)射極，從中可以看出，使用了滴附碳納米管的發(fā)射極的離子風(fēng)發(fā)生器中所測得的離子風(fēng)風(fēng)速比未滴附碳納米管的發(fā)射極離子風(fēng)風(fēng)速有著明顯的提高，并且在相同風(fēng)速的情況下，滴附碳納米管的發(fā)射極所需要施加的電壓明顯比未滴附碳納米管的發(fā)射極低。通過本實(shí)施例，本發(fā)明用于增強(qiáng)離子風(fēng)風(fēng)速的效果非常明顯而有效。