高壓脈衝靜電

高壓靜電的超強電場會使附近空氣中的帶電粒子加速，加速的帶電粒子又大量撞擊其他空氣粒子，使這些電子分離出更多的帶電粒子。

電場會使高壓電附近空氣中的帶電粒子加速，這些帶電粒子又會大量撞擊其他空氣粒子，使這些電子分離出更多帶電粒子。

其中和場源電荷異電性的帶電粒子會在加速作用下與場源電荷中和，相反電荷的中和會產生放電現象。這就是高壓脈衝靜電。

基本介紹

• 中文名：高壓脈衝靜電

科學原理

原子與電荷

原子由不帶電的中子、帶負電荷的電子和帶正電荷的質子構成。在正常狀況下，一個原子的質子數與電子數量相同，正負平衡，所以對外表現出不帶電的現象。但是電子環繞於原子核周圍，一經外力即脫離軌道，離開原來的原子A而侵入其他的原子B，A原子因減少電子數而帶有正電現象，稱為陽離子;B原子因增加電子數而呈帶負電現象，稱為陰離子。造成不平衡電子分布的原因即是電子受外力而脫離軌道，這個外力包含各種能量(如動能、位能、熱能、化學能、電能等)。在日常生活中，任何兩個不同材質的物體接觸後再分離，即可產生靜電。當兩個不同的物體相互接觸時就會使得一個物體失去一些電荷如電子轉移到另一個物體使其帶正電，而另一個物體得到一些剩餘電子的物體而帶負電。

若在分離的過程中電荷難以中和，電荷就會積累使物體帶上靜電。通常在從一個物體上剝離一張塑膠薄膜時就是一種典型的“接觸分離”起電，在日常生活中脫衣服產生的靜電也是“接觸分離”起電。固體、液體甚至氣體都會因接觸分離而帶上靜電。因為氣體也是由分子、原子組成，當空氣流動時分子、原子也會發生“接觸分離”而起電。我們都知道摩擦起電而很少聽說接觸起電。摩擦是一個不斷接觸與分離的過程。

因此摩擦起電實質上是接觸又分離造成正負電荷不平衡而起電的過程。在日常生活，各類物體都可能由於移動或摩擦而產生靜電。另一種常見的起電是感應起電。當帶電物體接近不帶電物體時會在不帶電的導體的兩端分別感應出負電和正電。

高壓靜電與脈衝

原子在受到外界作用如摩擦或以各種能量如動能、位能、熱能、化學能等的形式作用會使原子的正負電不平衡。前文說過摩擦實質上就是一種不斷接觸與分離的過程。有些情況下不摩擦也能產生靜電，如感應靜電起電，熱電和壓電起電、亥姆霍茲層、噴射起電等。

摩擦生電是產生靜電的普遍方法，就是通過摩擦引起電荷的重新分布而帶電。也有利用電荷的相互吸引引起電荷的重新分布而帶電的。一般情況下原子核的正電荷與電子的負電荷相等，正負平衡，所以不顯電性。 但是如果電子受外力而脫離軌道，造成不平衡電子分布，比如摩擦起電就是一種造成正負電荷不平衡的過程。當兩個不同的物體相互摩擦時，一個物體的電子轉移到另一個物體，就因為缺少電子而帶正電，而另一個體得到一些剩餘電子的物體而帶負電，物體帶上了靜電。

而脈衝，在過去幾十年中，國際上也一直在研究此方法的用途，例如：脈衝電場技術（High Intensity Pulsed Electric Fields，PEF）是近年來國際上新興的食品研究領域，是一種將液態食品作為電解質置於容器內，與容器絕緣的兩個放電電極通過高壓電流，產生電脈衝進行作用的加工方法。PEF處理是在室溫條件下進行的，並且由食品加熱引起的能量損失達到最低。

對食品質量屬性來說，PEF技術遠遠優於傳統食品加熱的處理方法，因為它在很大程度上減少了食品感官和物理特性的有害變化。現已廣泛地套用於食品的殺菌和鈍酶，最大限度地維持食品的保鮮度，是近十幾年來最有前途的實現工業化套用的加工技術之一，並伴隨著裝置的設計製造，這方面的研究逐漸擴大。

高壓脈衝電場技術的現存理論

高壓脈衝電場的殺菌原理是在兩個電極間產生瞬時高壓脈衝電場作用於食品而殺菌的。其基本過程是用瞬時高壓處理放置在兩極間的低溫冷卻食品。高壓脈衝電場殺菌機理經過40年的探討，形成了以下幾個代表性的觀點:
1、“細胞膜穿孔效應”理論：當外加電場作用於細胞時，食品微生物的細胞膜在其作用下，誘導產生橫跨膜電位。當整個膜電位達到極限值(約為lV)時，膜破裂，使膜結構變成無序狀態，形成細孔，滲透能力增強。因此，細胞的可滲透性可以依據外加電場強度的加強而增加。
2、電解產物理論：在電極點施加電場時，電極附近介質中的電解質電離產生陰離子，這些陰陽離子在強電場作用下極為活躍，穿過在電場作用下通透性提高的細胞膜，與細胞的生命物質如蛋白質、核糖核酸結合而使之變性。
3、臭氧效應理論：在電場作用下液體介質電解產生臭氧，在低濃度下臭氧已能有效殺滅細菌。

技術套用

現在此項技術也被廣泛運用，比如：食品脫毒機、除塵器、空氣淨化器、油煙淨化器等。

食品脫毒機：採用靜電物理脫毒原理，利用高壓靜電，使有害物質在強電場發生電離，產生自由基，使微生物失活，殺死細菌，去除農藥，同時高壓脈衝靜電產生的電荷撞擊重金屬有害顆粒物並產生吸附，金屬原子本身帶有電荷，在強電場的作用下，會產生強大的吸附作用，每秒產生上萬次的高壓脈衝，水中物質及正負電荷會迅速活躍，當產生靜電吸附作用時，重金屬顆粒物被吸附在負電極壁板上，混入水中。

污水治理：匯集脈衝、原子和高壓靜電吸附這些原理，很久以前就有相關報導和學術研究，而國家目前只能通過大型高壓靜電設備來治理一些污水，例如在一定的限定空間，一定的電流，一定的密度值來殺滅及析解水中的細菌及有害物。

除塵器：利用高壓電場使煙氣發生電離，氣流中的粉塵荷電在電場作用下與氣流分離。負極由不同斷面形狀的金屬導線製成，叫放電電極。正極由不同幾何形狀的金屬板製成，叫集塵電極。靜電除塵器的性能受粉塵性質、設備構造和煙氣流速等三個因素的影響。粉塵的比電阻是評價導電性的指標，它對除塵效率有直接的影響。比電阻過低，塵粒難以保持在集塵電極上，致使其重返氣流。比電阻過高，到達集塵電極的塵粒電荷不易放出，在塵層之間形成電壓梯度會產生局部擊穿和放電現象。這些情況都會造成除塵效率下降。

空氣淨化器：利用陽極電暈放電原理，使空氣中的粉塵帶上正電荷，然後藉助庫侖力作用，將帶電粒子捕集在集塵裝置上，達到除塵淨化空氣的目的。

油煙淨化器：油煙由風機吸入靜電式油煙淨化器，其中部分較大的油霧滴、油污顆粒在均流板上由於機械碰撞、阻留而被捕集。當氣流進入高壓靜電場時，在高壓電場的作用下，油煙氣體電離，油霧荷電，大部分得以降解炭化；少部分微小油粒在吸附電場的電場力及氣流作用下向電場的正負極板運動被收集在極板上並在自身重力的作用下流到集油盤，經排油通道排出，餘下的微米級油霧被電場降解成二氧化碳和水，最終排出潔淨空氣；同時在高壓發生器的作用下，電場內空氣產生臭氧，除去了煙氣中大部分的氣味。

其他套用：國際上把高壓靜電脫出技術用在燃油發動機組上來脫離硫和硝等等。