静电技术应用与发展方向

     静电研究是一个古老的新兴学科。所谓古老是其被发现时代久远（早在公元前600年古希腊人就已经发现了静电现象），而且对电的认识、研究及理论的形成都是以静电为起源的。所谓新兴是说静电技术的应用是二十世纪才开始逐渐受到重视而蓬勃发展的。  

    静电技术是一门边缘的科学技术。可以说静电无处不在，在一定的范围内它都或多或少的对相关研究领域有一定的影响。目前较为成熟的技术包括静电除尘、静电分选、静电植绒、静电喷涂等。但静电的作用或者说其危害还远不止这些……。随着工业水平的发展、人类认识领域及认识水平的扩展、以及相关理论体系、相关实验测试手段的完善和提高，对静电的研究也越来越深入，而且对静电这个概念的定义也有所扩展。以前认为所谓静电就是静止的电荷，而概念把高电压、小电流的现象也归结为静电现象。再者以前认为静电放电是高电压、小电流的放电形式，其对外作用主要是由于较宽的放电频谱引起的电磁干扰。而现在由于测试手段的提高，对静电放电现象的表述为高电压、短时（微纳秒级）脉冲强电流及宽的放电频谱。它的危害不只是电磁干扰，而且对放电物体有物理破坏作用。 

  现今静电理论及静电应用技术的前沿问题大致可分为以下几个方面：  
  1、强电离放电理论。
  2 脉冲静电技术。
  3  电磁干扰。
  4  静电生物效应。
  5 静电放电模型的建立。 

一  强电离放电理论  

    强电离放电，尤其是对高气压非平衡等离子体的产生机理、参数诊断、非平衡度、理论模型及数值计算方法等的研究是各国学者都密切关注的问题。只有这些问题有了突破性的进展，才能有效的开展应用研究。形成这种选题的理论依据是外加电场可以向反应体系中传递能量，而这种传递是最有效、最经济的。一但传递的能量达到一定的数值（10－23ev）将激励气体分子分解、电离，分解附着成原子、原子离子、分子碎片和自由基（－OH）等，从而按预定的模型合成新分子和新物质，使常规难以进行的化学反应得以进行或加速进行。 

     等离子体具有高能量密度的大能量，可以传递给气体分子足以进行化学发应的能量，从而可以应用于某些化学发应及工业活动上（等离子渗氮提高材料强度等）。但目前由于此种反应只能在低气压条件下进行，由于设备原因，大面积工业应用还不可能。由于这个原因=，促使不少科学家探索如何在常温常压下采用非常的极端工艺措施使电子从外加电场中获取高能量。  

    谈到气体放电的工业生产和科学研究的应用，首先了解放电的种类。当前可用在工业规模的气体放电分为直流高压电晕放电、高压脉冲电晕放电、介质阻挡弱放电、介质阻挡强放电。直流高压电晕放电最典型的应用为静电除尘技术；高压脉冲电晕放电最典型的应用为脱硫脱硝应用；而只有放电后电子浓度、电子平均能量大于1015/cm3  10ev的介质阻挡强放电，在工业应用科学研究领域才有更广阔的前景。因此也就成为了科研工作者的研究新焦点。
 
高气压非平衡等离子体化学应用： 
1 纳米材料的制取 
  工业化生产纳米材料，可以制备优异的隐身材料、光吸收材料、红外反射材料、纳米催化材料、超微传感器和有效助燃剂等。 
2 高浓度非平衡等离子体化学合成新物质  如 CO2和H2合成CH4     N 2  和H2合成NH3 
3 新分子制取 
  能量达到30ev的电子可以把任何气体离解成原子、激发态原子、原子离子和自由基。然后按一定工艺制成新产品。如具有巨大爆炸能力的N5。 
4 高气压下等离子体材料表面改性 
5 产生高浓度臭氧 
  可以使臭氧浓度从现在的40g/nm3提高到240g/nm3 
6 烟气脱硫脱硝新方法 
7 分解有害物质  

  放电产生的自由基（—OH）将和有害物质结合生成无害物质。 
介质阻挡强放电的工业前景非常广阔。但目前在高气压下形成非等离子态还有一些技术上的问题。前面介绍的四种放电分类中，前三种已有现实应用或者说现实技术，而后一种也就是介质阻挡强放电还在研究中。现在从图表一中看一下下四种放电的比较： 
气压(Pa) 放电类型 电子浓度cm－3 电子平均能量ev 
0.1M 直流高压电晕放电 <106   <1.5 
0.1M 高压脉冲电晕放电 107   <3 
0.1M 介质阻挡弱放电 1014     ≈5 
≥0.1M 介质阻挡强放电 >1015   10－23 
表  一 
    对于这种高浓度气体强放电的科学研究问题，在下面介绍脉冲时再进一步介绍，它们有相似的研究方向。  

    而对于技术研究方向上，有几点是值得注意的。一是制备强放电的高压高能供电电源。二是制备均匀的超薄的放电极间的电介质层。三是研究开发对放电现象观测测量的仪器设备。四是前面多次提到的强电离放电后按一定的规定的方向进行放电应用的工艺。当然三、四两个问题超出了放电性质的研究，但它也是这个学科所涉及的最近的也是最有价值的应用领域。