CN114337351B

CN114337351B - 基于空气击穿效应的摩擦纳米发电电压增强方法及其用途

Info

Publication number: CN114337351B
Application number: CN202111390895.0A
Authority: CN
Inventors: 王鹏; 陈俊欢
Original assignee: Institute of Oceanology of CAS
Current assignee: Institute of Oceanology of CAS
Priority date: 2021-11-23
Filing date: 2021-11-23
Publication date: 2023-10-20
Anticipated expiration: 2041-11-23
Also published as: CN114337351A

Abstract

本发明属于电离辐射技术领域，具体涉及基于空气击穿效应的脉冲电信号增强方法及其用途。一种基于空气击穿效应的摩擦纳米发电电压增强方法，包括：（1）利用摩擦纳米发电机作为激发电源，形成电场；（2）将两个金属电极置于电场中，两个金属电极的间距保持在2mm，两电极间形成强化的脉冲电压。本发明提供了基于空气击穿效应的摩擦纳米发电脉冲电信号增强方案，通过对正负极间距的控制，最高可实现对脉冲电压的3倍以上的增强。通过该方法实现的电压增强，可以用于增加汞原子的激发，产生更强的紫外光，降低微生物的代谢活性，实现对污损腐蚀的防护。

Description

基于空气击穿效应的摩擦纳米发电电压增强方法及其用途

技术领域

本发明属于电离辐射技术领域，具体涉及基于空气击穿效应的摩擦纳米发电电压增强方法及其用途。

背景技术

处于正常状态的并隔绝各种外电离因素作用的气体是完全不导电的。气体中存在少量带点质点（紫外线、宇宙射线）在外施电压而达到一定数值后，电流突然剧增，从而使气体失去绝缘性能。气体这种由绝缘状态变为良导电态的现象，称为击穿。空气作为绝缘介质，在其通常的应用场景中，击穿效应作为消极因素，是需要避免和杜绝的。

海洋大气环境下，临海工厂的管道腐蚀严重，内部几个小时就可以形成生物膜，腐蚀严重。生物污损腐蚀的控制的唯一有效措施就是长期投放杀菌剂，但是由于环保和不能完全有效发挥作用，杀菌剂的使用越来越受到限制。为了生态社会绿色发展和可持续发展，环境友好型、高效及光谱性杀菌技术的开发亟不可待。为了社会绿色发展，研究者不断研究和完善紫外杀菌工艺，紫外杀菌逐渐成为国内水厂最后一道杀菌工艺。但是目前的紫外杀菌工艺决定了杀菌时间的短暂，没有持续消毒能力，并且存在微生物的光复活问题。紫外线杀菌装置电耗大，设备维护费和造价较高，限制了其广泛应用。一般的紫外线发生装置是通过高压激发透明管内的汞原子产生，但需要非常高的电压，对设备要求极高。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用空气击穿效应来实现脉冲电信号增强的方法，同时将该方法应用在微生物污损腐蚀的防护中，实现了意想不到的效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于空气击穿效应的摩擦纳米发电电压增强方法，包括：

（1）利用摩擦纳米发电机作为激发电源，形成电场；

（2）将两个金属电极置于电场中，两个金属电极的间距保持在2mm，两电极间形成强化的脉冲电压。

本发明提供了上述方法的用途，利用该方法对脉冲电压的增强作用，可以利用增强后的脉冲电压激发汞原子，产生紫外光。

本发明提供了上述摩擦纳米发电电压增强方法的其他应用，该方法可以应用于微生物污损腐蚀防护中。利用该方法对脉冲电压的增强作用，借助强化后的脉冲电压增加汞原子的激发，产生更强的紫外光，降低微生物的代谢活性，实现对微生物污损腐蚀的防护。

进一步地，本发明还提供一种基于空气击穿效应的微生物污损腐蚀防护方法，该方法包括：采用上述方法，产生强化的脉冲电压；

利用强化的脉冲电压激发紫外线灯管中的汞原子，产生紫外光，对微生物进行辐照。

本发明开发了基于空气击穿效应的摩擦纳米发电脉冲电信号增强方案，通过对正负极间距的控制，最高可实现对脉冲电压的3倍以上的增强。通过该方法实现的电压增强，可以用于增加汞原子的激发，产生更强的紫外光，降低微生物的代谢活性，实现对污损腐蚀的防护。

附图说明

图1为本发明实施例中以摩擦纳米发电机为驱动电源在空气击穿效应和无空气击穿效应（常规情况）时的输出电压；

图2是本发明实施例中摩擦纳米发电机在击穿放电的情况下的匹配阻抗测试图；

图3为有、无空气击穿放电刺激时紫外杀菌管道防污装置的杀菌性能的探究；

图4为玻璃片与Q235碳钢在未处理和处理后的混合细菌溶液中静态放置后的表面形貌。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。

实施例1 本实施例提供一种基于空气击穿效应的脉冲电压增强方法，具体包括以下步骤：

（1）选用聚对苯二甲酸乙二醇酯和氟化乙烯丙烯薄膜作为摩擦材料，通过二者的接触分离，实现表面电荷的分离，形成电场。

（2）将两个金属电极置于电场中，在电场的作用下，电极间形成脉冲电压。

（3）控制两个电极的间距保持在2mm左右，实现电极间空气的击穿，形成电场的强化。

如图1所示，与无空气击穿效应相比，本实施例中，空气击穿效应形成的电场强化，使得脉冲电压输出提高3倍以上，高达6.9 kV。

摩擦纳米发电机在击穿放电的情况下开路电压的变化趋势如图2所示，空气击穿情况下，开路电压升高，最高达到约8.3 kV。

实施例2 本实施例提供一种基于空气击穿效应的产生紫外光的方法，该方法包括以下步骤：

（2）将两个金属电极与紫外灯的导电点固定在亚克力管内部，并将亚克力管置于步骤（1）中形成的电场中，逐渐缩小两个电极的间距至2mm左右，击穿现象形成的强电场激发玻璃管内的汞原子，产生紫外光。

利用本实施例的方法产生的紫外光进行抑菌实验，从图2可以看出，本实施例的方法产生的紫外光与常规紫外灯产生的紫外光的抑菌效果差异较大。灭菌10 min后，本实例产生的紫外光的抑菌率为75%，常规紫外灯产生的紫外光的抑菌率仅为44%。灭菌60 min后，本实例产生的紫外光处理后的铁还原菌的活性菌的数量密度为8×10³ CFU/ml，明显低于常规紫外灯产生的紫外光处理的活性菌的密度(2.5×10⁵ CFU/ml)。说明本实施例中，利用空气击穿效应现象产生的紫外光明显提高了杀菌效率。

实施例3 本实施例提供一种基于空气击穿效应的微生物污损腐蚀防护方法，该方法包括以下具体步骤：

（3）利用上述步骤产生的紫外光，对微生物进行辐照。

利用本实施例的方法进行微生物腐蚀污损防护实验，具体步骤为：

（1）培养基溶液稀释菌液。利用配好的杂菌培养基100:1的比例稀释菌液。

（2）无处理菌液始终不接触紫外照射，处理的菌液每7 h后被紫外照射1 h。

（3）在未处理的稀释菌液和处理的稀释菌液各放入6个8 mm×25 mm玻璃片（共12个）和4个20 mm*20 mm的金属片（共8个）。

（4）每2天更换一次培养基。按照无菌培养液：菌液的比例为10:1更换培养基。

（5）玻璃片：观测0 d，2 d，4 d，8 d的未处理菌液和处理后的菌液中浸泡的玻璃片的透光度、荧光显微镜观测表面微生物附着情况。

（6）宏观观测金属表面的微生物附着状态。并在第8 d是使用激光共聚焦拍摄金属表面微生物膜3D形貌。

从图4可以看到，经过本实施例方法处理的菌液中浸泡一定时间后的玻璃片和Q235碳钢表面形成的生物膜厚度比浸泡在未经处理的菌液中玻璃片和金属片表面的厚度明显要小。管道内部的污水经过本实施例紫外线照射之后，具有腐蚀性、致病性等微生物被杀死，抑制了微生物膜形成，抑制了设备污损腐蚀的现象。

Claims

1.一种基于空气击穿效应提高紫外光杀菌效率的方法，其特征在于，包括：

(1)选用聚对苯二甲酸乙二醇酯和氟化乙烯丙烯薄膜作为摩擦材料，通过二者的接触分离，实现表面电荷的分离，形成电场；

(2)将两个金属电极与紫外灯的导电点固定在亚克力管内部，将亚克力管放在电场中；逐渐缩小两个电极的间距，两个电极的间距保持在2mm；击穿现象形成的强电场激发玻璃管内的汞原子，产生紫外光。

2.如权利要求1所述方法的用途，其特征在于，该方法应用于微生物污损腐蚀防护中。

3.一种基于空气击穿效应的微生物污损腐蚀防护方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的方法，产生紫外光，对微生物进行辐照。