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摩擦納米發(fā)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)微等離子體射流示意圖
　　作為物質(zhì)的第四態(tài)，等離子體在核聚變、生物醫(yī)學(xué)、航空航天等領(lǐng)域均有重要應(yīng)用，如加強(qiáng)滅菌效果、改變材料表面特性等。但目前，通常的等離子體產(chǎn)生方法（如利用壓電材料、太陽(yáng)能）受限于電源、儲(chǔ)能裝置等，較難實(shí)現(xiàn)輕量化、移動(dòng)化。
　　華人科學(xué)家的一項(xiàng)研究或可打破上述諸多限制。該研究由中科院外籍院士、美國(guó)佐治亞理工學(xué)院教授王中林領(lǐng)銜，其團(tuán)隊(duì)提出摩擦電微等離子體的概念，在大氣環(huán)境下，通過(guò)摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）直接收集機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生微等離子體（≤1mm的等離子體）。相關(guān)成果近日發(fā)表于《自然—通訊》。
　　“類似于利用自然界閃電放電的原理，產(chǎn)生并收集等離子體?！闭撐牡谝蛔髡咧弧⑶迦A大學(xué)機(jī)械系副研究員程嘉向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者解釋道，閃電是由于云層內(nèi)冰晶間相互摩擦產(chǎn)生高壓電場(chǎng)，擊穿空氣形成瞬間放電，“我們的方法就是利用摩擦起電效應(yīng)，使TENG持續(xù)輸出高電壓，用于遠(yuǎn)程建立高壓電場(chǎng)擊穿氣體，生成等離子體”。
　　“人造閃電”這一想法來(lái)自于兩個(gè)不同領(lǐng)域的碰撞。2017年，該團(tuán)隊(duì)在一次學(xué)術(shù)討論中提出，TENG具有高電壓輸出的特性，而激發(fā)產(chǎn)生等離子體恰好需要高壓電場(chǎng)。于是他們大膽設(shè)想，何不將二者結(jié)合起來(lái)，利用摩擦發(fā)電機(jī)直出高電壓（kV）的特性，依靠機(jī)械能驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生等離子體放電，制造一種便攜、自驅(qū)動(dòng)的等離子體發(fā)生裝置。
　　值得一提的是，國(guó)內(nèi)外此前并沒(méi)有利用TENG驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生等離子體的相關(guān)研究。研究人員將等離子體與TENG結(jié)合起來(lái)，利用TENG直接驅(qū)動(dòng)四種典型的等離子體放電模式：介質(zhì)阻擋放電、大氣壓非平衡態(tài)等離子體射流、電暈放電和微火花放電，實(shí)現(xiàn)機(jī)械驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生微等離子體。
　　程嘉表示，這四種等離子放電模式證明了TENG可以直接驅(qū)動(dòng)等離子體放電，而不需要任何電源、變壓器或復(fù)雜管理電路。并且，通過(guò)簡(jiǎn)單改變TENG、等離子體放電器件、調(diào)整升壓電路，可以輕易地實(shí)現(xiàn)或變換多種等離子體放電模式，控制其放電性能。
　　大連理工大學(xué)教授王友年表示：“傳統(tǒng)的放電模式是采用電源放電，而此項(xiàng)研究則是采用摩擦起電產(chǎn)生電荷，將高電壓‘引’出來(lái)，進(jìn)行放電?！庇捎跉怏w放電產(chǎn)生的等離子體是發(fā)光的，因此，肉眼就可以直觀地感受到效果。此外，此研究能夠?qū)崿F(xiàn)摩擦起電產(chǎn)生等離子體，并能控制放電的穩(wěn)定性、監(jiān)測(cè)放電信號(hào)，這是一大亮點(diǎn)。
　　而對(duì)于“機(jī)械驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生微等離子體”的應(yīng)用前景，中科院院士、清華大學(xué)教授雒建斌認(rèn)為，這項(xiàng)研究本身是一個(gè)非常有創(chuàng)意的工作，如果能大幅度提高或改善TENG摩擦的頻率、產(chǎn)生電壓的強(qiáng)度等，那么，該方法或可對(duì)等離子體的發(fā)展提供一種新可能，“不過(guò)離真正規(guī)?；瘧?yīng)用還有很長(zhǎng)一段路要走”。
　　相關(guān)論文信息：https://www.nature.com/articles/s41467-018-06198-x
　?。ㄔd于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2018-10-10 第4版 綜合)