Veden kondensaatiokasvulla tehostettu aerosolivaraaja alle mikrometrisille hiukkasille

Abstract

Tässä kandidaatintyössä esitellään aerosolihiukkasten kasvatus–varauslaitteisto. Laitteisto kasvattaa varattavat 200 nm – 1 µm halkaisijan hiukkaset suuremmiksi ennen varaamista. Hiukkasten saamat varausluvut ja sähköiset liikkuvuudet ovat näin huomattavasti suuremmat kuin ilman kasvatusta.

Kasvatus–varauslaitteisto koostuu kasvatinputkesta ja koronavaraajasta. Kasvatus tapahtuu veden kondensaatiolla, ja kasvatusputkessa hyödynnetään ilman lämmönsiirtoon verrattuna nopeaa vesihöyryn diffuusiota tuomalla vesihöyryllä saturoitu näyte lämmitettyyn kosteaseinäiseen kasvun käynnistävään initiaattoriin.

Työssä esitellään hiukkasten varaamisen ja kondensaatiokasvun yhdistämisen hyötyjen teoreettiset perusteet. Lisäksi esitellään laboratoriomittaukset, joilla laitteiston toiminta varmennettiin ja tuotetut sähköinen liikkuvuus ja varausluku määritettiin. Laitteiston ensisijaisena sovelluskohteena pidetään aerosolihiukkasten sähköistä leijuttamista, ja laitteiston toimintaa verrataan leijuttamisen yhteydessä aiemmin käytettyyn suuren varausluvun tuottavaan koronavaraajaan. Mittauksissa 200 nm – 1 µm halkaisijan hiukkaset saivat yhtä suuret varausluvut kuin vertailuvaraajalla 3 µm:n hiukkaset. Noin mikrometrin halkaisijan hiukkasten saamat sähköiset liikkuvuudet olivat kertaluokkaa suuremmat kuin ilman kasvatusta.

Työssä ei määritetty kasvatus–varauslaitteiston hiukkashäviöitä eikä varattujen hiukkasten osuutta kaikista hiukkasista. Etenkin muiden sovelluskohteiden kannalta nämä olisivat oleellista tietoa, joten niiden osalta on tarvetta lisämittauksille. Lisäksi varausluvut ja sähköiset liikkuvuudet määritettiin SMPS:llä, mikä oli nopea, mutta ei välttämättä tarkin mahdollinen tapa, ja lisäksi se vaati takaisinlaskentaa ohjelmiston esilaskemasta datasta. Varausluvut ja sähköiset liikkuvuudet olisikin hyvä määrittää uudelleen hitaammalla, tarkemmalla ja mittausmenetelmänä suoremmalla DMPS:llä. Tarkempien mittausten tarpeesta huolimatta jo tämän työn perusteella voi luotettavasti sanoa, että laitteistolla voidaan tuottaa merkittävästi suuremmat varausluku ja sähköinen liikkuvuus satojen nanometrien hiukkasille.