[實用新型]碳同素異形體復合物場效應人造極光發生裝置

有效

• 申請號: 201820692415.3
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN209057395U
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 劉鐵林;劉南林
• 申請（專利權）人: 劉鐵林;劉南林
• 主分類號: H05H1/46
• 分類號: H05H1/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

碳同素異形體復合物場效應人造極光發生裝置，是由ELF極低頻電源柜(1)、場效應裝置(2)、長方體形水箱(3)構成，屬于地球物理技術領域。碳同素異形體復合物場效應裝置(2)是由若干沉積碳同素異形體復合物的泡沫鎳制成的平面電極板(4)和若干由絕緣材料制成的平面隔板(5)，以并聯電容形式交替平行疊加而成。利用碳同素異形體復合物場效應人造極光發生裝置激發的非地球磁極區域產生的極光現象，有助于研究探索地球大氣磁層中非偶極空間磁極形成與分布特性，以及地球磁場的起源，宇宙能量對地球氣候環境的各種影響。此外，該裝置還可以作為氣象手段，用于治理氣候變化與環境污染，預測自然災害。

一、技術領域

碳同素異形體復合物場效應人造極光發生裝置屬于地球物理技術領域。

二、背景技術

極光是地球的一種自然現象。這是來自宇宙的高能帶電粒子、地球表面的大氣層和地球磁場三者共同作用的結果。北極的極光通常以激發態氧原子綠色(557nM)輝光為基調，南極的極光則以激發態氮原子的紫色(428nM)輝光為基調。絢爛的極光照亮南極、北極神秘的夜空，千萬年來給人類帶來無數奇幻的夢想和欲望，奢求人類如魔法師一樣能夠制造、操控、利用這一偉大的宇宙奇跡。

科學研究表明，由石墨烯、碳納米管、石墨炔、富勒烯及金剛石構成的碳同素異形體具有顯著的納米材料特性，在電學、光學、熱學、力學等方面具有優異的性能。以石墨烯為例，它的表面電子逸出功極低，僅需要極微弱能量即可以發射電子，還能以比其他任何材料快百余倍的速度傳導電子或空穴，這幾乎接近光速；石墨烯與其他一個光子產生一個電子的材料不同，一個入射光子會使石墨烯中的許多電子受激從而產生大量電子信號；在低能態下低頻電場作用下，石墨烯表面的一些自由振動的電子通過與光子相互作用，產生了沿著表面傳播的電子疏密波，可以形成低密度等離子體電磁表面波，同時出現光波電場分量作用于石墨烯表面自由電子，引發自由電子沿光傳播方向的縱波振蕩，產生表面等離子體共振與耦合電磁波共振現象。此外，石墨烯還能夠以量子隧穿效應方式來轉移電子，及氫原子、重氫原子一類的原子核，同時在其表面微區的尖端能夠引起渦旋運動，由此導致高能粒子反轉而產生一定數量的超光速異常高能帶電粒子。

舒曼共振表明，以閉合的球形地球-電離層空腔充當巨大的空腔諧振器，其諧振頻率可以增強頻率在0到300Hz之間的ELF極低頻電磁波輻射。近年來，科學家通過研究由雷擊、地震、及熱帶氣溫變化等自然現象所產生的舒曼共振監測全球環境變化。

采用常溫、真空、高頻等離子體化學氣相沉積類金剛石膜的方法，以泡沫鎳或碳纖維作為偏壓陰極襯底，通過控制化學氣相沉積生成條件，可以在泡沫鎳或碳纖維表面得到厚度約 200納米的碳同素異形體復合物，中科院廣州化學所分析測試中心利用電子顯微鏡及拉曼光譜，確定這是厚度約200納米的碳同素異形體復合物。將這種沉積了碳同素異形體復合物的泡沫鎳制成平面電極板，以并聯形式浸入水中后，加載ELF極低頻電場，可以利用舒曼共振激發碳同素異形體復合物產生異常高能帶電粒子。該裝置可以在地球南極和地球北極之外的地域產生極光現象，并且在黎明和黃昏時段，即太陽光與地平線平行時段，可以利用錄像設備實時監測由氧離子構成的柱狀綠色極光，以及由氮離子構成的柱狀紫紅色極光。(白晝時段陽光強度大，將人造極光遮蓋；夜間沒有陽光，不能激發人造極光；所以只有在黎明和黃昏時段，即太陽光與地平線平行且光強最弱時，人造極光才能夠被高分辨率的攝像器材捕捉記錄下來。)

通常，極光只發生在地球磁極周圍區域，產生的原因是來自太陽風的一部分荷電粒子在到達地球附近時，被地球磁場俘獲，并使其朝向磁極下落。它們與氧和氮的原子碰撞，擊走電子，使之成為激發態離子，并發射不同波長的輻射。北極極光以氧離子形成的綠色輝光為主體，南極極光以氮離子形成的紫紅色輝光為主體。因此，極光現象是地球磁場、宇宙高能帶電粒子、大氣層三者相互作用的產物。利用碳同素異形體復合物場效應人造極光發生裝置，激發的非地球磁極區域產生極光現象，有助于研究探索地球大氣磁層中非偶極空間磁極形成與分布特性，以及地球磁場的起源，宇宙能量對地球氣候環境的各種影響等等。此外，利用人造極光的空間能量，還可以治理氣候變化與環境污染，預測自然災害。