近日，等离子体及应用专委会委员、华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室卞星明副教授（教育部霍英东基金、中国科协青年人才托举工程项目获得者）所在研究团队发现：直流标称电场作用下，细颗粒物会在金属导体表面形成“平行线式颗粒链”及局部“锥状颗粒堆”这个有趣的自然现象。研究团队建立了颗粒物在直流导体表面输运、沉积的数学物理模型，指出了极不均匀电场引起的介电泳力和颗粒物之间的相互作用是导体表面颗粒物产生规则沉积的根本原因，进一步证明了颗粒物积聚对于导线电晕放电效应的促进作用。相关工作发表在应用物理学的顶级杂志Applied Physics Letters, 2018，113：204102 上，这是该研究组在这一研究方向取得Applied Physics Letters, 2012，101:174103、IEEE Trans. Dielectrics and Electrical Insulation, 2017, 24: 382-390、Science China Technological Sciences, 2018，61: 1197–1206等成果后取得的又一重要进展。

       在封闭的人工气候实验室内，通过燃香模拟我国北方常见的细颗粒物，在导线—地极不均匀电场结构下进行颗粒物的积聚实验。在场发射电子显微镜下发现颗粒物在导体表面呈现有序沉积—“平行线式颗粒链”及局部“锥状颗粒堆”这个有趣的自然现象（a）。为了揭示该自然现象产生的机理，研究团队建立了电场、力场耦合作用下颗粒物输运、沉积的动力学模型，通过分析颗粒物在导体表面附近的受力与颗粒物的运动过程（b），说明颗粒物在极不均匀电场作用下偶极子相互作用是促进颗粒物之间积聚并形成“平行线式颗粒链”及“锥状颗粒堆”的关键因素（c）。本研究也通过对比积污前后导线电晕放电效应，表明这种表面颗粒物沉积形貌的出现对于电晕放电具有促进作用，和污秽地区实际运行的导线中观测到的现象一致。

       该研究从微观角度分析了带电导体附近颗粒物—场间、颗粒物—颗粒物间、颗粒物—界面间的相互作用，有助于形成和拓展对极不均匀电场作用下细颗粒流体系的科学认识，为细颗粒物的输运、沉积和清除等相关技术的应用提供了理论指导。

       该研究得到了国家自然科学基金、教育部霍英东基金和国家电网公司科技项目的资助。感谢陆家榆教授级高工、王黎明教授、美国凯特灵大学Huseyin Hiziroglu教授等提供的指导。

                         (a)                                                 (b)                                                  (c)

相关文章：

1. Xingming Bian, Haibing Li, Xu Zhang, Xiang Cui, Tiebing Lu and Weili Song, Influence of fine particulate matter on the variation of surface morphologies of conductors subjected to positive DC voltages, Applied Physics Letters, Vol.113, Issue. 20, pp.204102, 2018.
2. Xingming Bian, Lan Chen, Deming Yu, Liming Wang, and Zhicheng Guan. Surface roughness effects on the corona discharge intensity of long-term operating conductors, Applied Physics Letters, Vol.101, Issue. 17, pp.174103, 2012.
3. Yijia Zhu, Tiebing Lu, Xingming  Bian, Donglai  Wang, Xu Zhang, Jing Wang, The Corona Characteristics of HVDC Conductors with Different Surface Conditions Obtained in a Controllable Accelerating Contamination Depositing Apparatus, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 24, Issue 1, pp. 382-390, February 2017.
4. Xu Jiayu, Xu Peng, Zhang Qian, Cui Xiang, Bian Xingming, Lu Tiebing and Li Haibing, The role of varied metal protrusions on the conductor surfaces in corona discharge subjected to DC high voltages, Science China Technological Sciences, Vol.61, No.8: 1197–1206, 2018.
    
   文章链接：https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.5044389