一种等离子体马达产生方法技术

本发明专利技术提供了一种等离子体马达产生方法。该方法包括如下步骤：首先设置一圆柱形真空室，并在真空室内水平设置上下两个极板，使上极板接地线，下极板接电源；在真空室的内侧壁上设锯齿结构的定子，在真空室的轴心处设锯齿结构的转子，转子位于下极板上方；接着在下极板上放置表面为多孔结构的球形颗粒，之后接通电源，使下极板具有负偏压，通过气体放电在上下极板之间产生等离子体；球形颗粒从等离子体中吸收能量并传递给转子，推动转子定向旋转。采用本发明专利技术中的方法能够从等离子体中吸收能量，通过锯齿的整流作用输出机械能，实现较大空间尺寸的布朗马达，克服了以往生物马达及光马达空间尺度在纳微米量级的局限性。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及布朗马达
，具体地说是一种等离子体马达产生方法。

技术介绍

马达泛指能够将某种能量转化为机械能的装置，如直流马达、交流马达、生物马达等，其已被广泛应用于工业、医学、生物物理等领域以及日常生活当中。最常见的马达是将电能转换成机械能的电动机。近些年，随着生物显微技术的突飞猛进，人们发现了生物蛋白质分子通过ATP（三磷酸腺苷）水解可以将化学能转换为机械能的分子马达。从物理的角度来讲，如果能将周围环境中无序的噪声能量通过整流得到有用的功，即设计出这样的一种布朗马达，无疑将具有重要的科学意义和实际应用价值。
在纳米尺度上，分子马达属于布朗马达的一种，虽然其可作为一种纳米机器人在治疗疾病方面有着巨大的应用前景，但目前仍处于实验室研究阶段。在微米尺度上，人们已经在实验室中实现了布朗马达。例如，将含有微米大小的枯草杆菌的溶液通过拉伸形成200微米厚的溶液膜，枯草杆菌在溶液薄膜里消耗氧气并做随机布朗运动。再将直径为380微米的锯齿片放入溶液膜中，锯齿片在枯草杆菌的推动下将沿锯齿长边方向定向转动，形成布朗马达[ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,107,969(2010)]。这种马达能够将枯草杆菌随机运动产生的机械能转化为锯齿定向转动的机械能，从而实现了从环境中吸收利用能量的目的。又如，如果将覆金的微米锯齿（直径约8微米）撒入水膜中并用激光照射，微米锯齿通过热毛细管效应将吸收到的均匀照射的光能转化为锯齿定向转动的机械能，形成微米布朗光马达[NatureCommunications,6,7855(2015)]。然而，到目前为止，人们在实验室中观察到的布朗马达基本都是纳微米量级，虽然能够实现从环境吸收能量形成定向转动的马达，但与实际应用还有一定距离。人们期望能够在更大的空间尺度上设计出布朗马达。

技术实现思路

本专利技术的目的就是提供一种等离子体马达产生方法，采用该方法能够从等离子体中吸收能量，通过锯齿的整流作用输出机械能，实现较大空间尺寸的布朗马达。
本专利技术是这样实现的：一种等离子体马达产生方法，包括如下步骤：
a、设置一圆柱形真空室，在所述真空室内水平设置上下两个极板；使上极板接地线，下极板连接一电源；
b、在所述真空室的内侧壁上设置周期性排列的锯齿结构的定子；在所述真空室的轴心处设置锯齿结构的转子，所述转子位于所述下极板上方，且所述转子固接在穿过所述真空室轴心的转轴上；
c、在所述下极板上放置若干表面为多孔结构的球形颗粒；
d、调节真空室的气压，之后接通电源，使所述下极板具有负偏压，且在上极板与下极板之间产生均匀的等离子体；
e、位于下极板上的球形颗粒从等离子体中吸收能量并做布朗运动，运动过程中的球形颗粒通过碰撞将能量传递给转子，推动转子定向旋转。
步骤d中，接通电源后，下极板具有负偏压，偏压范围为150V~400V。
步骤d中，调节真空室的气压为5Pa~200Pa。
步骤a中电源为直流电源或射频电源。
步骤b中所设置的定子和转子上的锯齿均呈倾斜状，且两者的倾斜方向相反。
步骤b中定子上的锯齿的齿深与齿长比例为1:2，转子上的锯齿的齿深与齿长比例为1:2。
步骤b中定子和转子上的锯齿的数量相同。
步骤c中在下极板上放置的球形颗粒的尺寸为微米量级或毫米量级。
步骤a中所述上极板为ITO导电玻璃，所述下极板为金属平板。
步骤a中所述真空室的半径为50mm~80mm，所述真空室的高度为80mm~150mm。
等离子体由带电粒子（电子与离子）以及电中性粒子组成，整体呈电中性，因其含有高能量粒子而被广泛应用于半导体制造、离子推进器等领域。宇宙中99%的物质由等离子体组成，而尘埃颗粒遍布宇宙。等离子体中的尘埃颗粒通过吸附等离子体中的电子和离子而带电，在一定的条件下呈现出无规则的热运动。本专利技术的设计思路就是将等离子体中无规则热运动的颗粒所具有的能量提取出，并以可控的机械能的形式加以利用，实现较大空间尺寸的布朗马达。
本专利技术所提供的等离子体马达产生方法，具体是：首先设置一圆柱形真空室，并在真空室内水平设置上下两个极板，使上极板接地线，下极板接电源；再在真空室的内侧壁上设周期性排列的锯齿结构的定子，在真空室的轴心处设锯齿结构的转子，转子位于下极板上方，并固接在穿过真空室轴心的转轴上。接着在下极板上放置球形颗粒，这些球形颗粒的表面均为多孔结构。之后调节真空室的气压，接通电源，使下极板具有负偏压，通过气体放电在上下极板之间产生均匀的等离子体。球形颗粒处于等离子体区域，其将吸收等离子体中高能粒子能量，并带上大量电荷，在定子与转子之间做随机布朗运动，运动过程中的球形颗粒通过碰撞将能量传递给转子，进而推动转子定向旋转并输出有用功。由于等离子体马达的大小取决于真空室的大小，因此采用本专利技术中的方法可以实现较大的马达，克服了以往生物马达及光马达空间尺度在纳微米量级的局限性。
在之前的生物马达实验中，锯齿在细菌的推动下发生转动形成布朗马达并发生能量转换，马达功率为10-15W，本专利技术中的等离子体马达功率可达到5.3×10-3W，相比生物马达，等离子体马达有效的利用了等离子体内的能量，把离散的能量聚集起来，转化成了可直接利用的机械能，更好的实现了能量转换，能量充分利用。
本专利技术所提供的等离子体马达产生方法操作简单、方便，能够很好的实现能量转换与能量有效利用，这在当今资源短缺的现状下，无疑具有重要的科学意义和实际应用价值。
附图说明
图1是本专利技术中等离子体马达产生方法所用到的装置结构示意图。
图中：1、真空室，2、进气口，3、上极板，4、出气口，5、电源，6、下极板，7、绝缘板，8、转子，9、定子，10、转轴。
具体实施方式
结合图1，本专利技术所提供的等离子体马达产生方法具体包括如下步骤：
a、设置一圆柱形真空室1，在真空室1内水平设置上下两个平面极板，分别为上极板3和下极板6；使上极板3接地线，下极板6连接一电源5。
真空室1的半径以及高度决定了等离子体马达的大小。而不同使用环境中马达的大小不同，因此真空室1的半径、高度也不同。一般情况下，可设置真空室1的半径为50mm~80mm，真空室1的高度为80mm~150mm。
本实施例中真空室1的半径为65mm，高度为100mm；真空室1是由不锈钢腔体围成的，且不锈钢腔体接地线。在真空室1内水平设置的两个极板同心共轴，且两个极板均与真空室1的轴心线垂直。上极板3为ITO导电玻璃，下极板6为金属平板；上极板3与真空室腔体的上顶端相接触，下极板6通过绝缘板7置于真空室1的底面上，绝缘板7用于实现真空室腔体与下极板6之间的绝缘。与下极板6相连接的电源5位于真空室1外部。本实施例中电源5为直流电源，下极板6与直流电源的负极相连接，直流电源的正极接地线。其他实施例中电源还可以为射频电源，当电源为射频电源时，下极板与射频电源的功率电极相连接，射频电源的另一电极接地线。这样在接通电源后，电源功率耦合到下极板6上，下极板6将具有负偏压，一般控制偏压范围为150V~400V。
在真空室腔体的侧壁上开有进气口2和出气口4。通过进气口2可向真空室1内充入空气或氩气；在进气口2处安装有流量计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体马达产生方法，其特征是，包括如下步骤：a、设置一圆柱形真空室，在所述真空室内水平设置上下两个极板；使上极板接地线，下极板连接一电源；b、在所述真空室的内侧壁上设置周期性排列的锯齿结构的定子；在所述真空室的轴心处设置锯齿结构的转子，所述转子位于所述下极板上方，且所述转子固接在穿过所述真空室轴心的转轴上；c、在所述下极板上放置若干表面为多孔结构的球形颗粒；d、调节真空室的气压，之后接通电源，使所述下极板具有负偏压，且在上极板与下极板之间产生均匀的等离子体；e、位于下极板上的球形颗粒从等离子体中吸收能量并做布朗运动，运动过程中的球形颗粒通过碰撞将能量传递给转子，推动转子定向旋转。

【技术特征摘要】
1.一种等离子体马达产生方法，其特征是，包括如下步骤：
a、设置一圆柱形真空室，在所述真空室内水平设置上下两个极板；使上极板接地线，下极板连接一电源；
b、在所述真空室的内侧壁上设置周期性排列的锯齿结构的定子；在所述真空室的轴心处设置锯齿结构的转子，所述转子位于所述下极板上方，且所述转子固接在穿过所述真空室轴心的转轴上；
c、在所述下极板上放置若干表面为多孔结构的球形颗粒；
d、调节真空室的气压，之后接通电源，使所述下极板具有负偏压，且在上极板与下极板之间产生均匀的等离子体；
e、位于下极板上的球形颗粒从等离子体中吸收能量并做布朗运动，运动过程中的球形颗粒通过碰撞将能量传递给转子，推动转子定向旋转。
2.根据权利要求1所述的等离子体马达产生方法，其特征是，步骤d中，接通电源后，下极板具有负偏压，偏压范围为150V~400V。
3.根据权利要求1所述的等离子体马达产生方法，其特征是，步骤d中，调节真空室的气压为5Pa~200Pa。
4...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺亚峰，冯帆，闫佳，刘富成，董丽芳，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北;13