奈米碳管場發射特性對放電產生空氣負離子影響之研究

本研究探討奈米碳管場發射特性應用在負極放電產生空氣負離子的影響,並且探討發展微型空氣清淨裝置的可行性。實驗主要探討包含奈米碳管長徑比、奈米碳管密度多寡、奈米碳管層數、金屬材質、金屬長徑比、金屬針尖曲率對放電電壓之影響、產生空氣負離子之穩定度和有效作用空間及監測可能產生之臭氧副產物。奈米碳管長徑比愈大,其場增強效應(enhanced field emission)愈大,所以放電電壓愈低。以長徑比1666.66~5000的多壁奈米碳管做為放電電極時極限電壓值僅需要0.5 kV,首次突破至1.0 kV以下。奈米碳管陣列因規則排列能降低屏蔽效應(screening effect),在碳管內部間距為碳管長度的十分之一(陣列碳管密度為1~2×109 CNTs/cm2)時會有最好的場發射效果。奈米碳管長徑比的影響大於奈米碳管層數之影響,長徑比較大的奈米碳管不論其層數,皆具有較低的放電電壓。在相同電壓下,奈米碳管長徑比愈大,負極放電產生空氣負離子濃度之穩定度愈好。利用模擬脈衝放電產生空氣負離子的穩定度遠高於連續放電。關閉電場30sec後再重新開啟電場一分鐘的方式可讓空氣負離子濃度維持在4.0×105 ions/cm3以上超過30分鐘。空氣負離子濃度隨空間的增加並無明顯影響,對放電電壓幾乎不影響。在沾附奈米碳管的銅電極上,於電壓0.5 kV即可達至空氣負離子極限偵測範圍,並且無臭氧的產生,直到放電電壓為2.5 kV時,才開始產生臭氧增加濃度0.2 ppb,此數值遠低於室內空氣品質建議值0.03 ppm,故不會有臭氧污染問題。

作者:盧宣任