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靜電噴霧技術
靜電噴霧器是指能使噴出的霧滴在靶標上產生顯著的靜電環(huán)抱吸附效果的噴霧器。國際上一致公認，靜電噴霧是農業(yè)噴施的終極技術。
靜電噴霧具有的十分顯著優(yōu)點
1、 它可以節(jié)約用水量90%左右；
2、 它可以減少農藥使用量60%左右，從而可以大幅度減少碳排放量；
3、 它可以使農藥的利用率達到90%左右；
4、 它可以大幅度地提高對病蟲害的防治效果；
5、 它可以有效地提高霧液的穿透性和附著率，減少農藥的流失和霧液的漂移；
6、 它可以大幅度地減少農藥對農田和河流的環(huán)境污染；
7、 它可以大幅度地降低農產品的農藥殘留，提高農產品的品質和檔次價值；
8、 它可以有效地提高農產品的食用安全性，促進人類的生命健康；
9、 它可以數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，提升農業(yè)的經濟效益。
靜電噴霧技術發(fā)展史
正因為靜電噴霧器具有上述的一系列優(yōu)點，所以，自上世紀40年代以來，法國、美國、英國、加拿大等很多國家的大學研究所的眾多專家學者都對靜電噴霧技術進行了不懈的探索和研究，花費了大量的人力物力和財力，也取得了一系列的進展和突破。在20世紀80年代末，美國佐治亞大學的專家們首先將靜電噴霧技術應用于液體農藥的噴灑，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）。后經過多年的研究與改進，由美國ESS公司投入了商品化生產，應用于農作物病蟲害的防治。由于其它國家對靜電噴霧技術的研究一直未能取得新的突破，因而，美國生產的氣助式靜電噴霧系統(tǒng)在國際上被公認為是20世紀90年代以來最先進的噴藥器械。
美國ESS產品
但是，由于美國ESS公司生產的靜電噴霧器采用的是感應荷電和感應吸附的技術路線，因此，其噴出的霧滴在靶標上產生的靜電環(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)點和功效的發(fā)揮，加上價格畸高的原因（一臺小型背負式靜電噴霧器售價在3萬多元），二十多年來，他們生產的靜電噴霧器并未在美國本土和其它國家得到大規(guī)模的普及推廣應用。
我國對靜電噴霧技術的研究也十分重視，自上世紀70年代以來，國內眾多的大學研究所等的專家教授在國家科技項目經費的支持下，對靜電噴霧技術進行了重點的研究與探索，形成了不少論文和學術成果。但由于基本都是在沿用著美國的感應荷電和感應吸附的技術路線，所以結果是仍然難以取得良好的靜電環(huán)抱吸附效果。
感應荷電和感應吸附
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，即感應充電、接觸充電和電暈充電，其原理如下：
1．感應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，使電極內部產生高壓靜電場，電極表面設有絕緣層。當噴霧開始后，尚未完全破裂的液膜通過電極表面時，由于靜電感應的原理，與電極極性相反的電荷就會被吸引到液膜表面，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。當噴出的霧滴穿過電離的空間時，便帶上了空氣中的帶電離子，從而使帶電離子與霧滴相結合產生帶電霧滴。
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。
經國內外的專家反復研究證實，這三種荷電方式的充電效率最高為直接接觸充電，其次是感應充電，效率最差的是電離荷電方式。但由于專家們在之前的研究中發(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，因此認為在實際應用中不宜采用這種方式，而建議采用所需電壓較低的感應荷電的方式。
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過程的第一步，重點是如何采用正確的技術方式讓噴出的帶電霧滴能在靶標上實現(xiàn)良好的環(huán)抱吸附效果，這是最為關鍵的一歩。數十年來，美國ESS公司的產品在這一歩上一直采用的是靜電感應吸附的技術路線。
靜電感應就是一個帶電的物體靠近另一個導體時，兩個導體的電荷分布發(fā)生明顯的變化，物理學中把這種現(xiàn)象叫做靜電感應。
一些專家在學術上認為：根據靜電感應原理，地面上的目標作物表面將引起和噴嘴極性相反的電荷，從而實現(xiàn)靜電噴霧的環(huán)抱吸附效果。
他們認為，當一顆帶電的霧滴沉降到靶標作物附近時，帶電霧滴就會與靶標作物之間產生靜電感應。按照靜電感應的原理，會使靶標作物表面感應帶上與霧滴所帶電荷極性相反的電荷。根據同性相斥異性相吸的物理原理，帶電霧滴就會與靶標作物因異性相吸而產生靜電環(huán)抱吸附效果，從而會使帶電霧滴牢牢地吸附在靶標作物的表面，然后實現(xiàn)我們所追求的靜電吸附效果。
多少年來，國內外的眾多專家一直把美國的這一技術路線理論奉為權威，但中國太倉市金港植保器械科技有限公司經過十余年的探索研究和實踐發(fā)現(xiàn)，美國的這一技術路線是無法實現(xiàn)良好的靜電環(huán)抱吸附效果的，特別是靶標反面的吸附效果，更是難以良好顯現(xiàn)。
從以下的測試效果圖可見，A普通的噴霧器噴施的附著效果，在靶標的表面附著的數量不多，反面則完全是空白的；B采用感應吸附技術的靜電噴霧器噴施的附著效果，帶電霧滴在靶標的表面附著數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的靜電噴霧器的附著效果，帶電霧滴非但在靶標的表面附著的數量成倍增加，而且在靶標的反面也取得了良好的吸附，從而真正實現(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)從事靜電噴霧技術研究和產品生產銷售的江蘇省高新技術企業(yè)，從2005年開始自費研發(fā)靜電噴霧技術，經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秘密，攻克了一系列技術難關，創(chuàng)立了自己的具有自主知識產權的技術路線，在國內外首次創(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物上產生顯著的靜電環(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的基本原理理論：靜電噴霧技術是根據同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引的物理學原理，利用同一高壓靜電發(fā)生器產生輸出的正負靜電高壓,采用相應的荷電方式，分別讓靶標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，也就是搭建構成一個有源的靜電場。當噴頭噴出的帶有一種極性電荷的霧滴在噴霧器的推送力、地球引力和電場力的多重作用下，沿電場線沉降至靶標附近時，在異性電荷相互吸引的作用下，帶有一種極性靜電荷的動態(tài)霧滴就會加速奔向帶有另一種極性靜電荷的靜態(tài)靶標物，并牢牢地吸附在靶標物的上下左右（國作登字-2021-A-00226197）。目前太倉金港科技已擁有5項發(fā)明專利授權和近40項實用新型專利授權，并申報了2項PCT，2項美國發(fā)明專利和2項日本發(fā)明專利。其應用獨創(chuàng)的電流閉合回路吸附的技術路線開發(fā)的靜電噴霧器產品，霧滴在把標上的正反面吸附比例最高可達100比130，也就是說反面的霧滴吸附數量最佳時可超過正面附著的數量，遠遠超越了美國ESS公司靜電噴霧器產品的吸附效果，使這一中國創(chuàng)造的靜電噴霧技術水平遠遠超越了美國，登上了世界領先水平的位置。
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之所以能超越美國的技術水平，主要是在兩個方面實現(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。最關鍵的是采用了電流閉合回路吸附的獨創(chuàng)技術路線，從而真正實現(xiàn)了靜電噴霧的良好環(huán)抱吸附效果。
下圖是國家植保機械質量監(jiān)督檢驗中心在2007年時對霧星靜電噴霧器正反面吸附效果的檢測結果。正面霧滴附著數量為300個，反面霧滴附著數量為180個，正反面比例達到了100:60。
電流閉合回路的靜電吸附技術與美國的靜電感應吸附技術的不同之處在于，變消極等待為積極爭??；變被動感應吸附為主動創(chuàng)造條件實現(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；同時又通過人體或機架及空氣電離途徑與大地③傳導的方式，主動讓大地上的靶標作物⑤帶上另外一種極性的靜電荷。這樣，當噴頭④噴出的帶有一種極性靜電荷的霧滴在外力推送、地球引力和電場力的多重作用下沉降至靶標作物附近時，由于此時靶標作物上已經帶有另外一種極性的靜電荷，因此，動態(tài)的帶電霧滴就會迅速地被靜態(tài)的帶電靶標作物吸引而附著于靶標物的上下左右，從而完美地實現(xiàn)靜電噴霧在靶標作物上的環(huán)抱吸附效果。值得一提的是，在此基礎上，金港科技公司研究發(fā)明的全球獨創(chuàng)的空氣電離接地技術，使得靜電荷的傳導不再需要通過人體或金屬機架等中間導體，而是通過空氣電離放電進行發(fā)散形傳導，從而使得靜電噴霧環(huán)抱吸附效果的實現(xiàn)更安全更穩(wěn)定更靈活。
關于航空靜電噴霧
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物上產生顯著環(huán)抱吸附效果的噴霧系統(tǒng)。早在20世紀60年代，美國農業(yè)部的專家采用感應荷電和感應吸附的技術路線，研制出一種安裝在飛機上的靜電噴霧系統(tǒng)，經試驗發(fā)現(xiàn)，能夠有效減少農藥的施用量，提高霧滴的沉降速度和沉積率，但發(fā)現(xiàn)對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間長、藥效持久，覆蓋率提高等方面的優(yōu)勢。
2005年6月，新疆通用航空公司花費30多萬元從美國購進了一套航空靜電噴霧設備，經改裝后安裝在飛機上進行了噴灑試驗，據報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，它與普通的航空噴霧相比，有著十分顯著的優(yōu)點，但關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次的試驗中發(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荷電和感應吸附的技術路線，這種無法實現(xiàn)良好環(huán)抱吸附效果的航空靜電噴霧系統(tǒng)，勢必在實際應用中效果不佳。
采用電流閉合回路吸附的技術路線，對地面器械而言，相對來說還是比較容易實現(xiàn)的。但對航空靜電噴霧來說，由于飛機懸在空中，電路無法通過人體或機架等與大地相連接，因而就無法實現(xiàn)電流的閉合回路，這成了世界性的一大難題。如果不能實現(xiàn)航空器上的靜電噴霧系統(tǒng)與大地構成電流閉合回路，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了，其是不可能真正實現(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過連續(xù)多年不懈的努力探索和反復試驗，終于在2013年發(fā)明了全球獨一無二的空中無線接地系統(tǒng)，從而有效地實現(xiàn)了航空靜電噴霧系統(tǒng)的良好靜電環(huán)抱吸附效果。該技術于2014年申請了國家專利，并很快在當年就獲得了專利授權。
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產生的正負高壓靜電分別給左右兩個獨立的儲液壺充電，使左側的儲液壺②中的液體帶上負電荷，使右側的儲液壺③中的液體帶上正電荷.左側的儲液壺②中的液體噴桿④和噴嘴⑥噴出帶有負電荷的霧液形成帶有負電荷的霧滴群⑧，右側儲液壺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。當帶有不同極性電荷的霧滴群沉降到地面靶標作物⑩上時，使地面的靶標作物同時帶上了正負電荷，形成電流回路，從而使帶有不同種電荷的霧滴在靶標作物上產生異性相吸的環(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制成的航空靜電噴霧系統(tǒng)，在室內模擬試驗和田間實噴試驗中均取得了良好的噴灑效果，其噴出的霧滴在靶標作物上正反面的環(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)多年的技術創(chuàng)新，已經全面破解掌握了全套靜電噴霧的核心技術。應用這一核心技術，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品，這些產品將填補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潛力和前景。中國創(chuàng)造的霧星靜電噴霧技術將引領全球植保器械的更新?lián)Q代，它將在人類社會農業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的進程中發(fā)揮出里程碑式的積極作用。
霧星靜電噴霧器技術部分產品
