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靜電噴霧技術(shù)
靜電噴霧器是指能使噴出的霧滴在靶標(biāo)上產(chǎn)生顯著的靜電環(huán)抱吸附效果的噴霧器。國際上一致公認(rèn)，靜電噴霧是農(nóng)業(yè)噴施的終極技術(shù)。
靜電噴霧具有的十分顯著優(yōu)點(diǎn)
1、 它可以節(jié)約用水量90%左右；
2、 它可以減少農(nóng)藥使用量60%左右，從而可以大幅度減少碳排放量；
3、 它可以使農(nóng)藥的利用率達(dá)到90%左右；
4、 它可以大幅度地提高對(duì)病蟲害的防治效果；
5、 它可以有效地提高霧液的穿透性和附著率，減少農(nóng)藥的流失和霧液的漂移；
6、 它可以大幅度地減少農(nóng)藥對(duì)農(nóng)田和河流的環(huán)境污染；
7、 它可以大幅度地降低農(nóng)產(chǎn)品的農(nóng)藥殘留，提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和檔次價(jià)值；
8、 它可以有效地提高農(nóng)產(chǎn)品的食用安全性，促進(jìn)人類的生命健康；
9、 它可以數(shù)倍地提高植保的作業(yè)效率；
10、 它可以顯著地降低70%左右的植保作業(yè)成本，提升農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
靜電噴霧技術(shù)發(fā)展史
正因?yàn)殪o電噴霧器具有上述的一系列優(yōu)點(diǎn)，所以，自上世紀(jì)40年代以來，法國、美國、英國、加拿大等很多國家的大學(xué)研究所的眾多專家學(xué)者都對(duì)靜電噴霧技術(shù)進(jìn)行了不懈的探索和研究，花費(fèi)了大量的人力物力和財(cái)力，也取得了一系列的進(jìn)展和突破。在20世紀(jì)80年代末，美國佐治亞大學(xué)的專家們首先將靜電噴霧技術(shù)應(yīng)用于液體農(nóng)藥的噴灑，研制成功了靜電噴霧系統(tǒng)（ESS）和氣助式靜電噴霧系統(tǒng)（AA-ESS）。后經(jīng)過多年的研究與改進(jìn)，由美國ESS公司投入了商品化生產(chǎn)，應(yīng)用于農(nóng)作物病蟲害的防治。由于其它國家對(duì)靜電噴霧技術(shù)的研究一直未能取得新的突破，因而，美國生產(chǎn)的氣助式靜電噴霧系統(tǒng)在國際上被公認(rèn)為是20世紀(jì)90年代以來最先進(jìn)的噴藥器械。
美國ESS產(chǎn)品
但是，由于美國ESS公司生產(chǎn)的靜電噴霧器采用的是感應(yīng)荷電和感應(yīng)吸附的技術(shù)路線，因此，其噴出的霧滴在靶標(biāo)上產(chǎn)生的靜電環(huán)抱吸附效果并不是十分理想，所以，極大地限制和影響了真正意義上的靜電噴霧器優(yōu)點(diǎn)和功效的發(fā)揮，加上價(jià)格畸高的原因（一臺(tái)小型背負(fù)式靜電噴霧器售價(jià)在3萬多元），二十多年來，他們生產(chǎn)的靜電噴霧器并未在美國本土和其它國家得到大規(guī)模的普及推廣應(yīng)用。
我國對(duì)靜電噴霧技術(shù)的研究也十分重視，自上世紀(jì)70年代以來，國內(nèi)眾多的大學(xué)研究所等的專家教授在國家科技項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的支持下，對(duì)靜電噴霧技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)的研究與探索，形成了不少論文和學(xué)術(shù)成果。但由于基本都是在沿用著美國的感應(yīng)荷電和感應(yīng)吸附的技術(shù)路線，所以結(jié)果是仍然難以取得良好的靜電環(huán)抱吸附效果。
感應(yīng)荷電和感應(yīng)吸附
所謂荷電通俗的說法就是充電，就是讓物體帶上電荷。
靜電噴霧就是設(shè)法給水充電，讓水或霧液帶上電荷。
常見的霧滴充電方式有三種，即感應(yīng)充電、接觸充電和電暈充電，其原理如下：
1．感應(yīng)充電方式的原理見圖a,它是利用高壓靜電發(fā)生器與充電電極直接相連，使電極內(nèi)部產(chǎn)生高壓靜電場(chǎng)，電極表面設(shè)有絕緣層。當(dāng)噴霧開始后，尚未完全破裂的液膜通過電極表面時(shí)，由于靜電感應(yīng)的原理，與電極極性相反的電荷就會(huì)被吸引到液膜表面，液膜破裂后霧滴便帶上與電極相反極性的電荷。
2．電暈充電的原理見圖b,它是在噴嘴的前方設(shè)置一裸露的放電電極，通過高壓靜電使電極的尖端放電從而將周圍的空氣電離。當(dāng)噴出的霧滴穿過電離的空間時(shí)，便帶上了空氣中的帶電離子，從而使帶電離子與霧滴相結(jié)合產(chǎn)生帶電霧滴。
3．接觸充電的原理見圖c,它是將靜電高壓電極直接與藥箱中的藥液相連，從而直接讓液體帶上電荷。
經(jīng)國內(nèi)外的專家反復(fù)研究證實(shí)，這三種荷電方式的充電效率最高為直接接觸充電，其次是感應(yīng)充電，效率最差的是電離荷電方式。但由于專家們?cè)谥暗难芯恐邪l(fā)現(xiàn)，接觸充電方式雖然效率最為理想，但其所需電壓較高，存在著安全問題不易解決，因此認(rèn)為在實(shí)際應(yīng)用中不宜采用這種方式，而建議采用所需電壓較低的感應(yīng)荷電的方式。
靜電噴霧追求的是靜電環(huán)抱吸附效果，而讓霧滴帶上電荷僅僅是完成了整個(gè)過程的第一步，重點(diǎn)是如何采用正確的技術(shù)方式讓噴出的帶電霧滴能在靶標(biāo)上實(shí)現(xiàn)良好的環(huán)抱吸附效果，這是最為關(guān)鍵的一歩。數(shù)十年來，美國ESS公司的產(chǎn)品在這一歩上一直采用的是靜電感應(yīng)吸附的技術(shù)路線。
靜電感應(yīng)就是一個(gè)帶電的物體靠近另一個(gè)導(dǎo)體時(shí)，兩個(gè)導(dǎo)體的電荷分布發(fā)生明顯的變化，物理學(xué)中把這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)。
一些專家在學(xué)術(shù)上認(rèn)為：根據(jù)靜電感應(yīng)原理，地面上的目標(biāo)作物表面將引起和噴嘴極性相反的電荷，從而實(shí)現(xiàn)靜電噴霧的環(huán)抱吸附效果。
他們認(rèn)為，當(dāng)一顆帶電的霧滴沉降到靶標(biāo)作物附近時(shí)，帶電霧滴就會(huì)與靶標(biāo)作物之間產(chǎn)生靜電感應(yīng)。按照靜電感應(yīng)的原理，會(huì)使靶標(biāo)作物表面感應(yīng)帶上與霧滴所帶電荷極性相反的電荷。根據(jù)同性相斥異性相吸的物理原理，帶電霧滴就會(huì)與靶標(biāo)作物因異性相吸而產(chǎn)生靜電環(huán)抱吸附效果，從而會(huì)使帶電霧滴牢牢地吸附在靶標(biāo)作物的表面，然后實(shí)現(xiàn)我們所追求的靜電吸附效果。
多少年來，國內(nèi)外的眾多專家一直把美國的這一技術(shù)路線理論奉為權(quán)威，但中國太倉市金港植保器械科技有限公司經(jīng)過十余年的探索研究和實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，美國的這一技術(shù)路線是無法實(shí)現(xiàn)良好的靜電環(huán)抱吸附效果的，特別是靶標(biāo)反面的吸附效果，更是難以良好顯現(xiàn)。
從以下的測(cè)試效果圖可見，A普通的噴霧器噴施的附著效果，在靶標(biāo)的表面附著的數(shù)量不多，反面則完全是空白的；B采用感應(yīng)吸附技術(shù)的靜電噴霧器噴施的附著效果，帶電霧滴在靶標(biāo)的表面附著數(shù)量明顯比普通噴霧器增加，但反面也是完全空白；C采用電流閉合回路吸附技術(shù)的靜電噴霧器的附著效果，帶電霧滴非但在靶標(biāo)的表面附著的數(shù)量成倍增加，而且在靶標(biāo)的反面也取得了良好的吸附，從而真正實(shí)現(xiàn)了靜電噴霧的良好環(huán)抱吸附效果。
中國太倉市金港植保器械科技有限公司是一家專業(yè)從事靜電噴霧技術(shù)研究和產(chǎn)品生產(chǎn)銷售的江蘇省高新技術(shù)企業(yè)，從2005年開始自費(fèi)研發(fā)靜電噴霧技術(shù)，經(jīng)過近十八年的不懈研究和探索，終于完全破解了靜電噴霧的全套技術(shù)秘密，攻克了一系列技術(shù)難關(guān)，創(chuàng)立了自己的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)路線，在國內(nèi)外首次創(chuàng)立提出了靜電噴霧器的定義：靜電噴霧器是指能使噴出的霧滴在靶標(biāo)物上產(chǎn)生顯著的靜電環(huán)抱吸附效果的噴霧器（國作登字-2020-A-01059391）。形成了中國創(chuàng)造的靜電噴霧吸附技術(shù)的基本原理理論：靜電噴霧技術(shù)是根據(jù)同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引的物理學(xué)原理，利用同一高壓靜電發(fā)生器產(chǎn)生輸出的正負(fù)靜電高壓,采用相應(yīng)的荷電方式，分別讓靶標(biāo)及噴出的霧滴帶上不同極性的靜電荷，從而建立以高壓靜電發(fā)生器的高壓電源輸出端為中心的閉合電流回路，也就是搭建構(gòu)成一個(gè)有源的靜電場(chǎng)。當(dāng)噴頭噴出的帶有一種極性電荷的霧滴在噴霧器的推送力、地球引力和電場(chǎng)力的多重作用下，沿電場(chǎng)線沉降至靶標(biāo)附近時(shí)，在異性電荷相互吸引的作用下，帶有一種極性靜電荷的動(dòng)態(tài)霧滴就會(huì)加速奔向帶有另一種極性靜電荷的靜態(tài)靶標(biāo)物，并牢牢地吸附在靶標(biāo)物的上下左右（國作登字-2021-A-00226197）。目前太倉金港科技已擁有5項(xiàng)發(fā)明專利授權(quán)和近40項(xiàng)實(shí)用新型專利授權(quán)，并申報(bào)了2項(xiàng)PCT，2項(xiàng)美國發(fā)明專利和2項(xiàng)日本發(fā)明專利。其應(yīng)用獨(dú)創(chuàng)的電流閉合回路吸附的技術(shù)路線開發(fā)的靜電噴霧器產(chǎn)品，霧滴在把標(biāo)上的正反面吸附比例最高可達(dá)100比130，也就是說反面的霧滴吸附數(shù)量最佳時(shí)可超過正面附著的數(shù)量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了美國ESS公司靜電噴霧器產(chǎn)品的吸附效果，使這一中國創(chuàng)造的靜電噴霧技術(shù)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了美國，登上了世界領(lǐng)先水平的位置。
反面 正面
霧星靜電噴霧系統(tǒng)正反面吸附效果圖
中國太倉市金港植保器械科技有限公司的靜電噴霧技術(shù)之所以能超越美國的技術(shù)水平，主要是在兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)了突破：一是在確保安全的前提下采用了直接接觸充電的荷電方式，從而保證了霧滴荷電的高效率。最關(guān)鍵的是采用了電流閉合回路吸附的獨(dú)創(chuàng)技術(shù)路線，從而真正實(shí)現(xiàn)了靜電噴霧的良好環(huán)抱吸附效果。
下圖是國家植保機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心在2007年時(shí)對(duì)霧星靜電噴霧器正反面吸附效果的檢測(cè)結(jié)果。正面霧滴附著數(shù)量為300個(gè)，反面霧滴附著數(shù)量為180個(gè)，正反面比例達(dá)到了100:60。
電流閉合回路的靜電吸附技術(shù)與美國的靜電感應(yīng)吸附技術(shù)的不同之處在于，變消極等待為積極爭(zhēng)?。蛔儽粍?dòng)感應(yīng)吸附為主動(dòng)創(chuàng)造條件實(shí)現(xiàn)吸附，它的基本原理如下：
一方面，采用高壓靜電發(fā)生器①直接接觸充電的方式，讓藥箱內(nèi)②的藥液有效地帶上足量的電荷，使噴出的霧滴帶上一種極性的靜電荷；同時(shí)又通過人體或機(jī)架及空氣電離途徑與大地③傳導(dǎo)的方式，主動(dòng)讓大地上的靶標(biāo)作物⑤帶上另外一種極性的靜電荷。這樣，當(dāng)噴頭④噴出的帶有一種極性靜電荷的霧滴在外力推送、地球引力和電場(chǎng)力的多重作用下沉降至靶標(biāo)作物附近時(shí)，由于此時(shí)靶標(biāo)作物上已經(jīng)帶有另外一種極性的靜電荷，因此，動(dòng)態(tài)的帶電霧滴就會(huì)迅速地被靜態(tài)的帶電靶標(biāo)作物吸引而附著于靶標(biāo)物的上下左右，從而完美地實(shí)現(xiàn)靜電噴霧在靶標(biāo)作物上的環(huán)抱吸附效果。值得一提的是，在此基礎(chǔ)上，金港科技公司研究發(fā)明的全球獨(dú)創(chuàng)的空氣電離接地技術(shù)，使得靜電荷的傳導(dǎo)不再需要通過人體或金屬機(jī)架等中間導(dǎo)體，而是通過空氣電離放電進(jìn)行發(fā)散形傳導(dǎo)，從而使得靜電噴霧環(huán)抱吸附效果的實(shí)現(xiàn)更安全更穩(wěn)定更靈活。
關(guān)于航空靜電噴霧
航空靜電噴霧系統(tǒng)是指安裝在航空器上的能使噴出的霧滴在靶標(biāo)物上產(chǎn)生顯著環(huán)抱吸附效果的噴霧系統(tǒng)。早在20世紀(jì)60年代，美國農(nóng)業(yè)部的專家采用感應(yīng)荷電和感應(yīng)吸附的技術(shù)路線，研制出一種安裝在飛機(jī)上的靜電噴霧系統(tǒng)，經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，能夠有效減少農(nóng)藥的施用量，提高霧滴的沉降速度和沉積率，但發(fā)現(xiàn)對(duì)病蟲害的防治效果和減少霧滴的漂移沒有明顯的作用。
美國航空靜電噴頭
之后在澳大利亞和南非的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，航空靜電噴霧與普通的航空噴霧相比，還是具有諸如藥液附著時(shí)間長、藥效持久，覆蓋率提高等方面的優(yōu)勢(shì)。
2005年6月，新疆通用航空公司花費(fèi)30多萬元從美國購進(jìn)了一套航空靜電噴霧設(shè)備，經(jīng)改裝后安裝在飛機(jī)上進(jìn)行了噴灑試驗(yàn)，據(jù)報(bào)道也取得了較好的效果。
一套性能良好，具有顯著環(huán)抱吸附效果的航空靜電噴霧系統(tǒng)，它自然具有省藥、高效、減少霧滴漂移和提高防治效果等一系列優(yōu)點(diǎn)，它與普通的航空噴霧相比，有著十分顯著的優(yōu)點(diǎn)，但關(guān)鍵在于這套航空靜電噴霧系統(tǒng)必須具有顯著的環(huán)抱吸附效果。
太倉市金港植保器械科技有限公司在無數(shù)次的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，要使噴霧系統(tǒng)能具有良好的環(huán)抱吸附效果，就必須要采用直接接觸荷電的充電方式和電流閉合回路吸附的技術(shù)路線，地面器械尚且如此，航空靜電噴霧也更是如此，否則就無法取得理想的噴灑效果。
而美國的航空靜電噴霧系統(tǒng)，其采用的依然是感應(yīng)荷電和感應(yīng)吸附的技術(shù)路線，這種無法實(shí)現(xiàn)良好環(huán)抱吸附效果的航空靜電噴霧系統(tǒng)，勢(shì)必在實(shí)際應(yīng)用中效果不佳。
采用電流閉合回路吸附的技術(shù)路線，對(duì)地面器械而言，相對(duì)來說還是比較容易實(shí)現(xiàn)的。但對(duì)航空靜電噴霧來說，由于飛機(jī)懸在空中，電路無法通過人體或機(jī)架等與大地相連接，因而就無法實(shí)現(xiàn)電流的閉合回路，這成了世界性的一大難題。如果不能實(shí)現(xiàn)航空器上的靜電噴霧系統(tǒng)與大地構(gòu)成電流閉合回路，那么所謂的航空靜電噴霧系統(tǒng)，也就只能是概念上的技術(shù)了，其是不可能真正實(shí)現(xiàn)航空靜電噴霧的良好靜電環(huán)抱吸附效果的。為了攻克這一世界性的難題，太倉金港科技公司經(jīng)過連續(xù)多年不懈的努力探索和反復(fù)試驗(yàn)，終于在2013年發(fā)明了全球獨(dú)一無二的空中無線接地系統(tǒng)，從而有效地實(shí)現(xiàn)了航空靜電噴霧系統(tǒng)的良好靜電環(huán)抱吸附效果。該技術(shù)于2014年申請(qǐng)了國家專利，并很快在當(dāng)年就獲得了專利授權(quán)。
霧星航空靜電噴霧系統(tǒng)的工作原理說明
高壓靜電模塊①產(chǎn)生的正負(fù)高壓靜電分別給左右兩個(gè)獨(dú)立的儲(chǔ)液壺充電，使左側(cè)的儲(chǔ)液壺②中的液體帶上負(fù)電荷，使右側(cè)的儲(chǔ)液壺③中的液體帶上正電荷.左側(cè)的儲(chǔ)液壺②中的液體噴桿④和噴嘴⑥噴出帶有負(fù)電荷的霧液形成帶有負(fù)電荷的霧滴群⑧，右側(cè)儲(chǔ)液壺③中的液體噴桿⑤和噴嘴⑦噴出帶有正電荷的霧液形成帶有正電荷的霧滴群⑨。當(dāng)帶有不同極性電荷的霧滴群沉降到地面靶標(biāo)作物⑩上時(shí)，使地面的靶標(biāo)作物同時(shí)帶上了正負(fù)電荷，形成電流回路，從而使帶有不同種電荷的霧滴在靶標(biāo)作物上產(chǎn)生異性相吸的環(huán)抱吸附效果。
太倉金港科技有限公司發(fā)明的采用空中無線接地技術(shù)制成的航空靜電噴霧系統(tǒng)，在室內(nèi)模擬試驗(yàn)和田間實(shí)噴試驗(yàn)中均取得了良好的噴灑效果，其噴出的霧滴在靶標(biāo)作物上正反面的環(huán)抱吸附效果良好，與普通航空噴霧的噴灑效果相比，反差十分顯著。
至今，太倉金港科技公司通過連續(xù)多年的技術(shù)創(chuàng)新，已經(jīng)全面破解掌握了全套靜電噴霧的核心技術(shù)。應(yīng)用這一核心技術(shù)，可以開發(fā)出從小型、中型和大型，從地面到空中的系列靜電噴霧器械產(chǎn)品，這些產(chǎn)品將填補(bǔ)國際上這方面的空白，其節(jié)水、省藥、高效的功能具有十分巨大的市場(chǎng)潛力和前景。中國創(chuàng)造的霧星靜電噴霧技術(shù)將引領(lǐng)全球植保器械的更新?lián)Q代，它將在人類社會(huì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的進(jìn)程中發(fā)揮出里程碑式的積極作用。
霧星靜電噴霧器技術(shù)部分產(chǎn)品
