Nano Spark｜如何用氣溶膠技術在纖維表面快速沉積納米粒子（二）

前面我們介紹了在纖維表面沉積納米材料的多種方式，本文主要介紹四種機制實現顆粒物的收集。

火花燒蝕利用的是大氣壓等離子火花放電，從而將導電的靶材燒蝕產生納米氣溶膠。通過氣流的控制可以實現顆粒粒徑的控制，在過濾的機制下實現沉積，而在過濾作用發生效果的過程中，主要有四種機制實現顆粒物的收集：

01擴散作用

 擴散沉積是大部分小顆粒收集的方式 

氣溶膠顆粒在氣體介質中會不斷地做布朗運動，纖維材料有大大的概率收集偏離氣流中心的小顆粒。這一方式可以收集絕大多數的超細顆粒物質，且分散性較好。

 擴撒機制沉積的顆粒可以保證良好的分散性 

 02  攔截作用

 攔截作用貢獻了絕大部分較大的顆粒 

攔截機制是顆粒在運動的過程中，由于纖維的阻擋會使氣流偏移，而當顆粒中心之間的距離小于纖維直徑與顆粒的半徑之和，因此顆粒有較大概率會被纖維截留。對于較大的顆粒，攔截作用是主要的收集機制。

 攔截作用會將一些稍大的顆粒攔截在纖維表面 

03沖壓作用

 沖壓機制會將較大顆粒集中在纖維邊緣 

當氣流流速較快時，一部分質量較大的顆粒或團聚體具備較大的動量。在于纖維接觸后，因為慣性的原因，大顆粒會來不及改變運動方向，從而被纖維攔截。而當沉積的時間足夠久，通過沖壓沉積形成的顆粒會結合成類似于蜘蛛網的結構，并且將孤立的纖維連接在一起。這種蜘蛛網結構保留了較多的氣孔，從而有利于氣體的擴散并暴露纖維本身的活性位點。

 沖壓機制會將大部分微米級慣性攔截  

04 靜電吸附

如果基底纖維本身帶有一定的電荷，如紡絲材料，則可有效吸附帶電的氣溶膠顆粒。通過火花燒蝕產生的部分顆粒會帶有一定量的電荷，通過靜電吸附可將這一部分顆粒有效收集。

整體而言，通過過濾的方式可以保證均勻且高效的顆粒收集，其收集效率可用以下公式計算：

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

Etot：整體收集效率

ED：擴散收集效率

ER：攔截收集效率

EDR：擴散+攔截聯合收集效率

EI：沖壓收集效率

通過數據檢測，我們可以看出，絕大部分的納米級粒子都通過擴散機制吸附。而沖壓和攔截對于大顆粒都有明顯的收集效果。因此，可以利用擴散的方式將大部分的超細顆粒收集在纖維層中。

 各種機制對于顆粒的捕捉效率 

下一章我們介紹火花燒蝕技術的主要應用