[发明专利]碳同素异形体复合物场效应人造极光发生装置

说明书

碳同素异形体复合物场效应人造极光发生装置，是由ELF极低频电源柜(1)、碳同素异形体复合物场效应装置(2)、长方体形水箱(3)构成，属于地球物理技术领域。碳同素异形体复合物场效应装置(2)是由若干沉积碳同素异形体复合物的泡沫镍制成的平面电极板(4)和若干由绝缘材料制成的平面隔板(5)，以并联电容形式交替平行叠加而成。利用碳同素异形体复合物场效应人造极光发生装置激发的非地球磁极区域产生的极光现象，有助于研究探索地球大气磁层中非偶极空间磁极形成与分布特性，以及地球磁场的起源，宇宙能量对地球气候环境的各种影响。此外，该装置还可以作为气象手段，用于治理气候变化与环境污染，预测自然灾害。

一、技术领域

碳同素异形体复合物场效应人造极光发生装置属于地球物理技术领域。

二、背景技术

极光是地球的一种自然现象。这是来自宇宙的高能带电粒子、地球表面的大气层和地球磁场三者共同作用的结果。北极的极光通常以激发态氧原子绿色(557nM)辉光为基调，南极的极光则以激发态氮原子的紫色(428nM)辉光为基调。绚烂的极光照亮南极、北极神秘的夜空，千万年来给人类带来无数奇幻的梦想和欲望，奢求人类如魔法师一样能够制造、操控、利用这一伟大的宇宙奇迹。

科学研究表明，由石墨烯、碳纳米管、石墨炔、富勒烯及金刚石构成的碳同素异形体具有显著的纳米材料特性，在电学、光学、热学、力学等方面具有优异的性能。以石墨烯为例，它的表面电子逸出功极低，仅需要极微弱能量即可以发射电子，还能以比其他任何材料快百余倍的速度传导电子或空穴，这几乎接近光速；石墨烯与其他一个光子产生一个电子的材料不同，一个入射光子会使石墨烯中的许多电子受激从而产生大量电子信号；在低能态下低频电场作用下，石墨烯表面的一些自由振动的电子通过与光子相互作用，产生了沿着表面传播的电子疏密波，可以形成低密度等离子体电磁表面波，同时出现光波电场分量作用于石墨烯表面自由电子，引发自由电子沿光传播方向的纵波振荡，产生表面等离子体共振与耦合电磁波共振现象。此外，石墨烯还能够以量子隧穿效应方式来转移电子，及氢原子、重氢原子一类的原子核，同时在其表面微区的尖端能够引起涡旋运动，由此导致高能粒子反转而产生一定数量的超光速异常高能带电粒子。

舒曼共振表明，以闭合的球形地球-电离层空腔充当巨大的空腔谐振器，其谐振频率可以增强频率在0到300Hz之间的ELF极低频电磁波辐射。近年来，科学家通过研究由雷击、地震、及热带气温变化等自然现象所产生的舒曼共振监测全球环境变化。

采用常温、真空、高频等离子体化学气相沉积类金刚石膜的方法，以泡沫镍或碳纤维作为偏压阴极衬底，通过控制化学气相沉积生成条件，可以在泡沫镍或碳纤维表面得到厚度约200纳米的碳同素异形体复合物，中科院广州化学所分析测试中心利用电子显微镜及拉曼光谱，确定这是厚度约200纳米的碳同素异形体复合物。将这种沉积了碳同素异形体复合物的泡沫镍制成平面电极板，以并联形式浸入水中后，加载ELF极低频电场，可以利用舒曼共振激发碳同素异形体复合物产生异常高能带电粒子。该装置可以在地球南极和地球北极之外的地域产生极光现象，并且在黎明和黄昏时段，即太阳光与地平线平行时段，可以利用录像设备实时监测由氧离子构成的柱状绿色极光，以及由氮离子构成的柱状紫红色极光。(白昼时段阳光强度大，将人造极光遮盖；夜间没有阳光，不能激发人造极光；所以只有在黎明和黄昏时段，即太阳光与地平线平行且光强最弱时，人造极光才能够被高分辨率的摄像器材捕捉记录下来。)

通常，极光只发生在地球磁极周围区域，产生的原因是来自太阳风的一部分荷电粒子在到达地球附近时，被地球磁场俘获，并使其朝向磁极下落。它们与氧和氮的原子碰撞，击走电子，使之成为激发态离子，并发射不同波长的辐射。北极极光以氧离子形成的绿色辉光为主体，南极极光以氮离子形成的紫红色辉光为主体。因此，极光现象是地球磁场、宇宙高能带电粒子、大气层三者相互作用的产物。利用碳同素异形体复合物场效应人造极光发生装置，激发的非地球磁极区域产生极光现象，有助于研究探索地球大气磁层中非偶极空间磁极形成与分布特性，以及地球磁场的起源，宇宙能量对地球气候环境的各种影响等等。此外，利用人造极光的空间能量，还可以治理气候变化与环境污染，预测自然灾害。