Nano Spark｜如何用气溶胶技术在纤维表面快速沉积纳米粒子（二）

前面我们介绍了在纤维表面沉积纳米材料的多种方式，本文主要介绍四种机制实现颗粒物的收集。

火花烧蚀利用的是大气压等离子火花放电，从而将导电的靶材烧蚀产生纳米气溶胶。通过气流的控制可以实现颗粒粒径的控制，在过滤的机制下实现沉积，而在过滤作用发生效果的过程中，主要有四种机制实现颗粒物的收集：

01扩散作用

扩散沉积是大部分小颗粒收集的方式

气溶胶颗粒在气体介质中会不断地做布朗运动，纤维材料有大大的概率收集偏离气流中心的小颗粒。这一方式可以收集绝大多数的超细颗粒物质，且分散性较好。

扩撒机制沉积的颗粒可以保证良好的分散性

02拦截作用

拦截作用贡献了绝大部分较大的颗粒

拦截机制是颗粒在运动的过程中，由于纤维的阻挡会使气流偏移，而当颗粒中心之间的距离小于纤维直径与颗粒的半径之和，因此颗粒有较大概率会被纤维截留。对于较大的颗粒，拦截作用是主要的收集机制。

拦截作用会将一些稍大的颗粒拦截在纤维表面

03冲压作用

冲压机制会将较大颗粒集中在纤维边缘

当气流流速较快时，一部分质量较大的颗粒或团聚体具备较大的动量。在于纤维接触后，因为惯性的原因，大颗粒会来不及改变运动方向，从而被纤维拦截。而当沉积的时间足够久，通过冲压沉积形成的颗粒会结合成类似于蜘蛛网的结构，并且将孤立的纤维连接在一起。这种蜘蛛网结构保留了较多的气孔，从而有利于气体的扩散并暴露纤维本身的活性位点。

冲压机制会将大部分微米级惯性拦截

04静电吸附

如果基底纤维本身带有一定的电荷，如纺丝材料，则可有效吸附带电的气溶胶颗粒。通过火花烧蚀产生的部分颗粒会带有一定量的电荷，通过静电吸附可将这一部分颗粒有效收集。

整体而言，通过过滤的方式可以保证均匀且高效的颗粒收集，其收集效率可用以下公式计算：

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

Etot：整体收集效率

ED：扩散收集效率

ER：拦截收集效率

EDR：扩散+拦截联合收集效率

EI：冲压收集效率

通过数据检测，我们可以看出，绝大部分的纳米级粒子都通过扩散机制吸附。而冲压和拦截对于大颗粒都有明显的收集效果。因此，可以利用扩散的方式将大部分的超细颗粒收集在纤维层中。

各种机制对于颗粒的捕捉效率

下一章我们介绍火花烧蚀技术的主要应用