[发明专利]一种等离子体马达产生方法

说明书

技术领域

本发明涉及布朗马达技术领域，具体地说是一种等离子体马达产生方法。

背景技术

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[Proceedings of the National Academy of Sciences, 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[Nature Communications, 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。

发明内容

本发明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。

本发明是这样实现的：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。本发明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。