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在質譜分析中,離子化是將中性分子帶上電荷的關鍵的 步。現在商用的離子化方法大多依靠直流(DC)高壓在離子源中將樣品分子轉化為氣相離子。但是,在電離化過程中,離子的數量(Q)并不受電壓(V)控制。因此,當前所有的離子化方法都沒有實現對離子數量進行控制。而且,如果使用傳統高壓電源,絕大部分(99%)的電荷/電流以及離子是浪費掉的。因而,目前質譜分析在提高靈敏度、樣品利用率以及占空比等發展方向上具有重大瓶頸。并且,傳統使用的高壓電源具有耗費高、難以攜帶、不等缺點。
固定電荷量的高壓輸出恰好是摩擦納米發電機(TENG)的一個本質特性。在佐治亞理工學院、中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林和Facundo Fernández共同指導下,李安寅和訾云龍組成了跨院系合作團隊,用TENG驅動離子源,實現了離子源在電荷數量、正負極性、信號長短等諸多方面的控制。該工作為質譜分析提供了一個全新的可控參數,也是納米發電機在大型分析儀器首次應用。相關工作開辟了嶄新的研究和應用領域,并于近日發表于 一期的《自然-納米技術》(Nature Nanotechnology)。
首先,該團隊利用TENG成功實現了電噴霧離子化和等離子體放電離子化。由TENG提供的固定電荷量對離子化過程實現了前所未有的控制。該團隊實現了納庫精度(nanoColoumb)的可控離子產生,并提出了相關的物理模型。通過TENG的驅動,離子脈沖的持續時間、頻率、帶電性都可以得到有效控制,并實現了小化的樣品消耗。TENG的微量電荷避免了質譜分析中DC高電壓下常見的電暈放電現象,從而首次實現了超高電壓(5-9千伏)納電噴霧(nanoESI)。該方法提高在低濃度下的電噴霧離子源的靈敏度,并 化樣品的利用率。TENG驅動的離子化所實現的質譜分析被成功用于檢測各種有機小分子和生物大分子,并達到了可以檢測到幾百個分子的靈敏度。TENG驅動的交流離子噴霧還被用于在絕緣表面進行沉積離子材料。
該研究對于質譜分析和TENG兩個領域的發展都具有開創性意義。
首先,該研究首次實現了離子化過程中電荷數量的控制,為質譜分析帶來了一個全新的可控參數,提高了分析精度,提供了分析非常少量樣品的能力,為化學、生物檢測的質譜方法的瓶頸難題提供了新的可能。并且,使用TENG可以使研究人員將噴霧時間與質譜分析時間同步起來,實現樣品的 化利用。
同時,TENG取代了質譜設備上原有的離子噴霧電源,為小型質譜設備實現便攜化并在極端條件下(例如軍事或航天上)應用提供了可能。
隨著我國市場化經濟的不斷發展,市場競爭日趨激烈,工廠在生產過程中面臨著市場巨大的壓力,一方面,由于能源和原材料價格的不斷上漲,使得生產成本也出現大幅度提高。另一方面,由于市場競爭的存在,使得產品的價格不斷降低,進而導致企業的利潤空間便越來越小。因此,對工廠進行節能改造,有效減少工廠的生產成本,能夠大大企業的經濟效益。此外,我國現已落實節能減排政策,如果用能企業存在耗能超過限額標準或是達不到政府給定的節能指標現象,將被列為重點耗能企業,面臨罰款甚至停業整頓的處罰,為此采取必要的節能改造措施對工廠企業的發展有著重要的意義。
2、工廠機電設備節能改造技術的應用
2.1節能設備的選用
2.1.1節能改造技術應用于照明電器
照明電器雖然在工廠的總體電能中并沒有占有很大的比例,但由于其數量巨大,如果將節能改造技術應用于照明電器,并對照明電器的性質進行優化,這樣會使得節能燈種類增多的同時,還節省了很大一部分的電能消耗。在工廠中還可以使用一種重量輕、電壓低及噪音小的電子鎮流器燈,電子鎮流器燈具有輸入功率低,節能效果明顯,而且性高,壽命長的特點。節能燈發出來的光纖因為有透霧能力,更有助于人們使用。熒光燈在應用上可以發揮良好的發光效率,從而達到節能效果。為此,工廠也要根據需求并考慮節約能源,選用合適的節能照明設備。
2.1.2節能改造技術在電動機上的應用
在工廠運行過程中,離不開電動機提供動力,電動機作為重要的裝置,為了降低電能消耗,提高電動機的效率,要對電動機進行節能技術改造,選用YE3電機,其采用高導磁低損耗冷軋無取向硅鋼片,并可以有效的降低損耗,節能環保,還具有安裝和維護便利等特點,大大提高了工作效率。
2.1.3變頻器的安裝
為了對交流電動機進行良好的控制,可以通過改變電機電源的工作頻率來實現,主要原理是應用了微電子技術及變頻技術。目前很多工廠在產品生產過程中,都采用大動力的供電設備,從而使得能源浪費嚴重,選用適合生產的變頻器來代替閥門控制,控制工廠電機的輸出功率,能夠使得耗損的電能隨著電機輸出功率的降低而大大減少。對工廠進行變頻器的安裝,不僅能夠自動對電機調節,還能夠有效的降低工廠機電設備的能源消耗,提高工廠機電設備節能技術水平。
電機效率的已成為節能潛力 的產業之一。國際上各國政府和組織紛紛研究不同應用領域、不同工業部門的各種各樣電機系統的節能方案,制定節能導則、標準、法規,并開發相關綠色節能產品,如:IEC 統一全球的電機能效和測試方法標準:歐盟的EuroDEEM、美國MMASTER 等電機系統節能平臺;歐盟的生態設計計劃等。我國一直在積極推動和扶持電機及電機系統節能工程的開展和實施。、超的中小型電機、調速專用電機、電機系統節能控制產品等開發和電機及系統綠色節能技術等研究已成發展之勢。
(2)高可靠性
可靠性一直是用戶選擇電機的重要考慮因素。電機的壽命更長,結構更加緊湊是高可靠性的體現。電機壽命長短多與溫升有非常大的關系,提高電機效率,降低溫升,可有效延長電機的使用壽命。直接驅動系統的電機結構更加緊湊,可實現 的動態性能、精度以及成本效益。由于摒棄了機械傳動部件,例如減速器和皮帶,從而簡化了機械設計,顯著提高了可用性,降低了運行成本。
(3)輕量化、小型化
電機的輕量化、小型化能夠有效節約材料,節約空間,越來越受到用戶青睞。許多產品對電機的體積和重量也提出了很高的要求,這在石油、化工、煤炭等應用領域體現的較為明顯。為了達到輕型化、小型化的目標,在設計過程中,采用先進技術和優質材料,并堅持優化設計原則,在有效材料不變的條件下,單位功率的重量不斷降低,是未來的發展趨勢。
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