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生的正負離子組成的離子化氣體狀物質，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研究成果：【NatureCommunications】機械驅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）在自驅動系統(tǒng)中獲得了廣泛的應用。

　　作為電源，TENG天然具有高電壓的輸出特性，目前已應用在質譜儀中定量地產生輸入離子，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，經常會出現靜電放電現象，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結合起來，直接收集機械運動產生大氣壓等離子體。其原理為：通過摩擦起電效應產生足夠高的電壓，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在高壓電場領域的直接應用打開了一扇門，尤其是自驅動等離子體。

　　圖文導讀

　　圖1摩擦電微等離子體的實驗裝置及原理圖

　?。╝）摩擦納米發(fā)電機直接驅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

　?。╟）具有TENG圖案的介質阻擋放電（DBD）裝置圖

　?。╠）具有TENG圖案的介質阻擋放電（DBD）等離子體照片

　　（e）摩擦納米發(fā)電機驅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

　?。╝）電學參數測量原理圖

　　（b-c）不同轉速下TENG開路電壓與短路電流

　?。╠-f）介質阻擋放電（DBD）電學特性

　　（g-i）微電火花放電（Microspark）電學特性

　?。╦）五階升壓電路（AC轉DC），用于N2電暈放電

　?。╧）N2電暈放電3條特征譜線、電流與電壓隨時間的同步變化

　?。╨）N2電暈放電發(fā)射光譜

　　圖3介質阻擋放電（DBD）微等離子仿真

　　（a）瞬態(tài)電壓、電場強度、電子數密度及電子溫度隨時間變化

　?。╞-c）在不同時刻毛細管內電子數密度與電子溫度的徑向分布

　　（d）T/2時刻電子數密度分布云圖

　?。╡）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/周期、電流有效值、平均功率（下同）

　?。╡-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

　?。╩-p）放電模式隨結構變化的過程

　　圖5摩擦電微等離子體的應用

　?。╝）用微等離子體處理FEP表面示意圖

　?。╞）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

　?。╡-f）摩擦納米發(fā)電機驅動的等離子體發(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高壓放大器在介質阻擋放電(DBD)、無損檢測、材料極化、3D打印、電流體打印、電光調制、壓電點膠閥、電活性聚合物、鐵電測試、等離子體、靜電偏轉，電滯回曲線等眾多領域都有著廣泛應用，具體案例歡迎持續(xù)關注我們，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，電壓增益數控0~2000倍可調，結合液晶面板增益的顯示，能夠快速調整至需要的電壓值；

　　2、液晶面板顯示，操作簡單；

　　3、具有輸出開關，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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