專利名稱：一種光能氧負(fù)離子發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用光能氧負(fù)離子發(fā)生裝置的儀器、設(shè)備和裝置等。具體地說有空氣調(diào)節(jié)設(shè)備、空氣凈化設(shè)備、冰箱、負(fù)離子發(fā)生器、殺菌裝置、促進(jìn)燃燒裝置等。
背景技術(shù)：
二氧化鈦具有對氧氣敏感的特性，即在常溫條件下，當(dāng)氧分子與二氧化鈦分子接觸時，氧分子便能奪走二氧化鈦分子內(nèi)的電子，氧分子帶負(fù)電成為氧負(fù)離子，失去電子后的二氧化鈦分子的晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，表現(xiàn)為電阻值的變化。失去電子的二氧化鈦晶格是不穩(wěn)定的，易于還原，容易從外界獲得電子，恢復(fù)原來的晶格結(jié)構(gòu)。利用這一特性，二氧化鈦可作為氧傳感器的材料。二氧化鈦氧傳感器已廣泛應(yīng)用在汽車上，證明二氧化鈦對氧氣的反應(yīng)是快速的，且性能穩(wěn)定。二氧化鈦光催化反應(yīng)是利用紫外線光照射二氧化鈦分子，使二氧化鈦分子內(nèi)的電子躍遷產(chǎn)生光生電子-空穴對，在氧分子和水分子的參與下進(jìn)行的，結(jié)果氧分子與光生電子結(jié)合形成氧負(fù)離子，水分子被光生空穴奪去電子生成氫氧自由基，失去電子后的二氧化鈦分子得到復(fù)原。由于二氧化鈦光催化存在光生電子-空穴對復(fù)合的問題，使得氧負(fù)離子的產(chǎn)出率低下，即使有氫氧自由基的協(xié)同作用，它在治理空氣有害氣體污染方面仍是效果不理想，未能真正實(shí)用化。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種光能氧負(fù)離子發(fā)生裝置，利用電子和空穴復(fù)合的特性、二氧化鈦對氧氣敏感的特性，以及光子快速高效的特性，通過設(shè)置作為二氧化鈦載體的導(dǎo)電體的結(jié)構(gòu)，使導(dǎo)電體兩個相對的面或區(qū)域上所覆蓋的二氧化鈦分別工作在光催化和與氧氣自然作用的不同狀態(tài)，使電子和空穴的復(fù)合有序化，從而大幅度提高氧負(fù)離子的產(chǎn)率，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種光能氧負(fù)離子發(fā)生裝置，包括光源組件10、導(dǎo)電組件20和支撐、固定前者的支撐件3 0，其特征在于，所述光源組件10置于所述導(dǎo)電組件20的一側(cè)，由紫外線發(fā)光器件11和電源12組成。所述紫外線為波長小于400nm的光波。所述導(dǎo)電組件20由導(dǎo)電體和覆蓋在該導(dǎo)電體兩個相對的面或區(qū)域上的二氧化鈦薄膜層構(gòu)成，具有三個功能區(qū):受光區(qū)21、阻光區(qū)22和自然區(qū)23。所述受光區(qū)21的二氧化鈦工作在光催化狀態(tài)。所述自然區(qū)23的二氧化鈦工作在自然作用狀態(tài)。所述自然作用狀態(tài)是指二氧化鈦分子直接與空氣中的氧分子起作用，該作用不受外界因素的影響，或者受外界因素的影響不明顯。所述導(dǎo)電體為金屬平板。所述導(dǎo)電體為泡沫金屬網(wǎng)。所述導(dǎo)電體為由兩層泡沫金屬夾一層通氣、導(dǎo)電但不透光的材料所組成。所述泡沫金屬為泡沫鎳。所述二氧化鈦薄膜層為由納米二氧化鈦形成。[0010]所述通氣、導(dǎo)電但不透光的材料為活性碳纖維。本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明利用了電子和空穴復(fù)合的特性、二氧化鈦對氧氣敏感的特性、光子快速高效的特性，結(jié)合二氧化鈦的載體的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，使氧負(fù)離子的產(chǎn)出率得到大幅度提高?，F(xiàn)有技術(shù)無法解決光生電子-空穴對復(fù)合這一制約光催化實(shí)用化的技術(shù)瓶頸問題，這使得二氧化鈦光催化難以得到推廣使用。現(xiàn)有技術(shù)揭示了二氧化鈦?zhàn)鳛槟芰哭D(zhuǎn)換的介質(zhì)，將光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，其過程伴隨著光生電子-空穴對的復(fù)合。光生電子-空穴對的復(fù)合包括直接復(fù)合和間接復(fù)合，其復(fù)合過程呈無序狀態(tài)。如果將光催化過程中光生電子-空穴對的復(fù)合加以引導(dǎo)，使其轉(zhuǎn)化為有用行為，則光生電子-空穴對復(fù)合這一制約光催化實(shí)用化的技術(shù)瓶頸問題有望得到解決。假設(shè)一個導(dǎo)電體的兩個相對的面上覆蓋著二氧化鈦薄膜層，其中的一個面用波長小于400nm的紫外線光照射，在光子的作用下，該面上的二氧化鈦分子內(nèi)的電子會產(chǎn)生躍遷，出現(xiàn)大量的光生電子形成富電子區(qū)；另一個面不受紫外線光照射，只是和空氣接觸，則空氣中的氧分子會奪走二氧化鈦分子內(nèi)的電子，在該面上出現(xiàn)大量的空穴從而形成富空穴區(qū)。富空穴區(qū)的形成是二氧化鈦分子與氧分子相互作用的必然結(jié)果。這樣，富電子區(qū)的光生電子便會向富空穴區(qū)移動，最終與富空穴區(qū)的空穴復(fù)合，使該區(qū)失去電子的二氧化鈦分子復(fù)原。可見，由于導(dǎo)電體的兩個相對的面上作用條件不同，使得這兩個面之間建立了電場，在該電場的作用下，電子和空穴的復(fù)合有序化。本發(fā)明便是基于上述原理，結(jié)合導(dǎo)電體的結(jié)構(gòu)形式來實(shí)現(xiàn)的。導(dǎo)電體使光生電子能夠從富電子區(qū)移向富空穴區(qū)，同時是二氧化鈦的載體，與二氧化鈦薄膜層構(gòu)成導(dǎo)電組件。導(dǎo)電組件有三個功能區(qū):a、紫外線受光區(qū)，該區(qū)受到紫外線光照射的表面上覆蓋著二氧化鈦薄膜層，二氧化鈦工作在光催化狀態(tài)山、阻光區(qū)，起阻止或減少紫外線光通過的作用；c、自然區(qū)，該區(qū)與空氣接觸的表面覆蓋著二氧化鈦薄膜層，二氧化鈦工作在與氧氣自然作用狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明用于凈化空氣時，易于實(shí)現(xiàn)空氣凈化器小型化，凈化效果明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)所能達(dá)到的，能有效治理新車等嚴(yán)重的有害氣體污 染。本發(fā)明實(shí)用性強(qiáng)。與現(xiàn)有技術(shù)光催化系統(tǒng)相比，本發(fā)明大大提高了氧負(fù)離子的產(chǎn)出率，同時也加大光催化反應(yīng)過程中氫氧自由基的生成量，使本發(fā)明更具實(shí)用性。本發(fā)明提出了一種有別于現(xiàn)有技術(shù)的嶄新技術(shù)，具備先進(jìn)性。本發(fā)明配置除塵網(wǎng)、循環(huán)風(fēng)機(jī)、殼體等，可組成實(shí)用的空氣凈化機(jī)，解決空氣污染問題。本發(fā)明配置除塵網(wǎng)、殼體等，可組成用于燃燒系統(tǒng)的促進(jìn)燃燒裝置，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。本發(fā)明可作為一個獨(dú)立部件，應(yīng)用到其它需要產(chǎn)生氧負(fù)離子的產(chǎn)品中。本發(fā)明經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，性能穩(wěn)定，效果理想。由此可見，本發(fā)明非常實(shí)用，能夠產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明:

圖1是本發(fā)明光能氧負(fù)離子發(fā)生裝置的基本構(gòu)造示意圖，圖2是圖1的A-A剖面圖。[0022]圖3是本發(fā)明光能氧負(fù)離子發(fā)生裝置的導(dǎo)電組件結(jié)構(gòu)簡圖之一，圖4是圖3的A-A剖面圖。圖5是本發(fā)明光能氧負(fù)離子發(fā)生裝置的導(dǎo)電組件結(jié)構(gòu)簡圖之二，圖6是圖5的A-A剖面圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示是本發(fā)明光能氧負(fù)離子發(fā)生裝置的基本結(jié)構(gòu)形式，圖2是它的A-A剖面圖，該發(fā)生裝置由三部分組成:光源組件10、導(dǎo)電組件20和支撐、固定前者的支撐件30。所述光源組件10置于所述導(dǎo)電組件20的一側(cè)，由紫外線發(fā)光器件11和電源12組成。所述紫外線為波長小于400nm的光波。所述發(fā)光器件11為燈管、二極管、燈泡。所述電源12為與所述發(fā)光器件11相匹配的供電器件，向所述發(fā)光器件11提供必要的工作電壓和工作電流。由于發(fā)光器件11和電源12均為常見商品，很容易從市場上購得，所以未畫出詳細(xì)內(nèi)容。所述導(dǎo)電組件20由導(dǎo)電體和覆蓋在該導(dǎo)電體兩個相對的面或區(qū)域上的二氧化鈦薄膜層構(gòu)成，具有三個功能區(qū):受光區(qū)21、阻光區(qū)22和自然區(qū)23。所述受光區(qū)21的受光面上覆蓋著二氧化鈦薄膜層，二氧化鈦工作在光催化狀態(tài)。當(dāng)受光區(qū)21為通孔結(jié)構(gòu)時，受光區(qū)便不是一個面，而是一個立體的區(qū)域。所述阻光區(qū)22的作用是阻止或減少所述光源組件10所發(fā)出的光通向所述自然區(qū)23。當(dāng)阻光區(qū)22為通孔結(jié)構(gòu)時，在阻光區(qū)22與受光區(qū)21不疊合的情況下，該區(qū)與空氣接觸的表面上可以有覆蓋二氧化鈦薄膜層，也可以不覆蓋二氧化鈦薄膜層，即空白的。所述自然區(qū)23與空氣接觸的表面上覆蓋著二氧化鈦薄膜層，二氧化鈦工作在自然作用狀態(tài)。所謂自然作用狀態(tài)是指二氧化鈦分子直接與空氣中的氧分子起作用，該作用不受外界因素的影響，或者受外界因素的影響不明顯。上述外界因素有所述光源組件10發(fā)出的光、自然光等等。當(dāng)所述自然區(qū)23為通孔結(jié)構(gòu)時，自然區(qū)便不是一個面，而是一個立體的區(qū)域。所述受光區(qū)21和自然區(qū)23分別位于所述導(dǎo)電組件20的兩個相對的面或區(qū)域，所述阻光區(qū)22則存在于所述受光區(qū)21和自然區(qū)23之間，三個區(qū)共同形成一個整體。所述導(dǎo)電組件20的形狀可以是規(guī)則的，如圓筒形、平板形、弧形、波紋形等，也可以是不規(guī)則的。所述支撐件30用來支撐、固定所述光源組件10和所述導(dǎo)電組件20。
·[0025]根據(jù)導(dǎo)電體的結(jié)構(gòu)不同，包含三個功能區(qū)的導(dǎo)電組件可以是單一結(jié)構(gòu)的，也可以是組合結(jié)構(gòu)的，功能區(qū)之間的分界可以是明顯的，也可以是不明顯的。例如，導(dǎo)電體為金屬(如鋁、鎳、鈦、不銹鋼等)平板，在該平板的兩個相對的平面上都覆蓋著二氧化鈦薄膜層，這種導(dǎo)電組件是單一結(jié)構(gòu)的，功能區(qū)的分界也較明顯，受光區(qū)和自然區(qū)均由二氧化鈦薄膜層和該平板的表面很薄的一層組成，光線不能從該平板的一側(cè)穿過到達(dá)另一側(cè)，其表面層之間即是阻光區(qū)。又如，導(dǎo)電體為泡沫金屬網(wǎng)，具有通孔結(jié)構(gòu)，在泡沫金屬網(wǎng)與空氣接觸的面上都覆蓋二氧化鈦薄膜層，這種導(dǎo)電組件為單一結(jié)構(gòu)，但功能區(qū)的分界不明顯，如圖3、圖4所示。圖4是圖3的A-A剖面圖。在圖4中，光從所述受光區(qū)21通向所述自然區(qū)23是逐漸衰減的，當(dāng)泡沫金屬網(wǎng)的厚度足夠大時，光線便不能穿過它，因此所述阻光區(qū)22與所述受光區(qū)21疊合，同時，所述阻光區(qū)22與所述自然區(qū)23存在一個交叉的區(qū)域，在這個區(qū)域內(nèi)，只有極少量的光到達(dá)，所到達(dá)的光不影響該區(qū)域的二氧化鈦工作在自然作用狀態(tài)，可見，功能區(qū)之間的分界不明顯。在實(shí)際應(yīng)用時，由于受生產(chǎn)工藝的限制，通常需要將多塊較薄的泡沫金屬網(wǎng)疊加起來，才能滿足所需的厚度。再如，導(dǎo)電體由兩層泡沫金屬夾一層通氣、導(dǎo)電但不透光的材料所組成，泡沫金屬的表面覆蓋二氧化鈦薄膜層，這樣的導(dǎo)電組件屬于組合結(jié)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用中，采用組合結(jié)構(gòu)的目的在于使用厚度小的泡沫金屬，以節(jié)省泡沫金屬材料。與不透光材料層相比，泡沫金屬層對光的阻礙可以忽略，因此可以認(rèn)為這種導(dǎo)電組件的功能區(qū)之間的分界是明顯的，如圖5、圖6所示。圖6是圖5的A-A剖面圖。在圖6中，選擇泡沫金屬為泡沫鎳網(wǎng)，通氣、導(dǎo)電但不透光的材料為活性碳纖維，則所述受光區(qū)21和自然區(qū)23均為表面覆蓋二氧化鈦薄膜層的泡沫鎳網(wǎng)，所述阻光區(qū)22為活性碳纖維。當(dāng)然，受光區(qū)21和自然區(qū)23可以有各自的厚度、通孔率，其導(dǎo)電體的材質(zhì)也可以是不同的，或者是不同材質(zhì)的組合。所述阻光區(qū)22的厚度可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行確定，厚度薄則氣流通過的阻力小。同樣，所述阻光區(qū)22的材質(zhì)可以是不同材質(zhì)的組合。例如，由金屬柵格和粒狀活性炭組合成阻光區(qū)。由上可知,采用大比表面積的泡沫金屬作為導(dǎo)電體時,可大大增加二氧化鈦薄膜層的面積，有利于提高氧負(fù)離子的產(chǎn)率，合理選用阻光區(qū)的結(jié)構(gòu)，可節(jié)省材料。由于導(dǎo)電體的電阻率直接影響電子從富電子區(qū)向富空穴區(qū)的移動，且與材料成本有關(guān)，選擇導(dǎo)電體的材質(zhì)時除考慮電阻率外還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性。同一功能區(qū)的導(dǎo)電體的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)可以是一致的，也可以是不同的，組合形式多種多樣，可根據(jù)實(shí)際需要而定。在導(dǎo)電體上覆蓋二氧化鈦薄膜層的工藝有多種，可根據(jù)實(shí)際需要而定。所形成的二氧化鈦薄膜層的厚度很薄，為納米級，緊密貼附在導(dǎo)電體上。二氧化鈦薄膜層可以由納米二氧化鈦形成。采用納米二氧化鈦?zhàn)鳛樵牧?，通過噴涂、浸泡等工藝來生成二氧化鈦薄膜層，此時應(yīng)注意避免二氧化鈦薄膜層出現(xiàn)粉化現(xiàn)象。如果納米二氧化鈦采取有效的改性措施，則所述發(fā)光器件11產(chǎn)生的光的波長可以是不小于400nm的。本發(fā)明光能氧負(fù)離·子發(fā)生裝置的工作原理是:所述受光區(qū)21受到所述光源組件10發(fā)出的紫外線光照射時，在光子的快速高效作用下，受光面上的二氧化鈦分子內(nèi)的電子產(chǎn)生躍遷，產(chǎn)生光生電子-空穴對，部分光生電子和光生空穴分別與空氣中的氧分子和水分子發(fā)生光催化反應(yīng)，即光生電子和氧分子結(jié)合形成氧負(fù)離子，光生空穴奪走水分子內(nèi)的電子生成氫氧自由基。光生空穴奪得電子使失去電子后的二氧化鈦分子復(fù)原，確保了光催化反應(yīng)能持續(xù)進(jìn)行。另一部分光生電子和光生空穴則趨向于復(fù)合，在它們復(fù)合之前，所述受光區(qū)21呈現(xiàn)富電子狀態(tài)，成為富電子區(qū)。由于二氧化鈦對氧氣非常敏感，常溫條件下空氣中的氧分子便能奪走與其接觸的二氧化鈦分子內(nèi)的電子，所述自然區(qū)23的二氧化鈦分子與氧分子接觸時便會失去電子，留下大量空穴，從而使該區(qū)成為富空穴區(qū)，而得到電子的氧分子則變成氧負(fù)離子。由于所述受光區(qū)21這邊的紫外光線難以穿過所述阻光區(qū)22，這就確保了所述自然區(qū)23的二氧化鈦工作在自然作用狀態(tài)?；谒鰧?dǎo)電組件20的受光區(qū)21和自然區(qū)23分別形成了富電子區(qū)和富空穴區(qū)，這兩個區(qū)之間便建立起了電場，在該電場的作用下，富電子區(qū)的光生電子向富空穴區(qū)移動，最終與富空穴區(qū)的空穴復(fù)合，使富空穴區(qū)中失去電子的二氧化鈦分子得到復(fù)原，從而確保二氧化鈦分子與氧分子的作用能持續(xù)進(jìn)行。因此，所述導(dǎo)電組件20在所述光源組件10的不斷照射下，就會源源不斷地產(chǎn)生大量氧負(fù)離子，其伴生產(chǎn)物是氫氧自由基。綜上所述，通過對導(dǎo)電組件的導(dǎo)電體結(jié)構(gòu)和作用條件的合理設(shè)置，使導(dǎo)電組件的受光區(qū)和自然區(qū)的二氧化鈦分別工作在光催化狀態(tài)和自然作用狀態(tài)，從而在受光區(qū)和自然區(qū)之間建立起電場，使電子和空穴的復(fù)合有序化，即受光區(qū)的光生電子移向自然區(qū)并與自然區(qū)的空穴復(fù)合，這是一種有別于現(xiàn)有技術(shù)的嶄新技術(shù)，具有先進(jìn)性?，F(xiàn)有技術(shù)光催化過程中，二氧化鈦分子吸收的光能僅部分轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，另一部分則由于光生電子和光生空穴的復(fù)合被浪費(fèi)掉，而本發(fā)明中，二氧化鈦分子吸收的光能被轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和電勢能，光能得到充分的利用。由上述分析不難看出，本發(fā)明的作用機(jī)理與現(xiàn)有技術(shù)的不同，不是純粹的光催化，而是由光提供能量的氧負(fù)離子發(fā)生裝置。依照本實(shí)施例原理設(shè)計(jì)的一款光能氧負(fù)離子發(fā)生裝置，主要配置如下:光源組件由2支Φ 6X190的紫外線殺菌燈和配套的電子鎮(zhèn)流器組成，導(dǎo)電組件由10塊200X 135、孔徑為llOpp1、厚度為1.6mm的二氧化鈦泡沫鎳網(wǎng)重疊而成。上述裝置配上IOW直流風(fēng)機(jī)、除塵網(wǎng)、外殼等便成 為一臺實(shí)用的空氣凈化器，可用于新車內(nèi)有害氣體污染的治理。
權(quán)利要求1.一種光能氧負(fù)離子發(fā)生裝置，包括光源組件(10)、導(dǎo)電組件(20)和支撐、固定前者的支撐件(30)，其特征在于，所述光源組件(10)置于所述導(dǎo)電組件(20)的一側(cè)，由紫外線發(fā)光器件(11)和電源(12)組成，所述紫外線為波長小于400nm的光波，所述導(dǎo)電組件(20)由導(dǎo)電體和覆蓋在該導(dǎo)電體兩個相對的面或區(qū)域上的二氧化鈦薄膜層構(gòu)成，具有三個功能區(qū):受光區(qū)(21)、阻光區(qū)(22)和自然區(qū)(23)，所述受光區(qū)(21)的二氧化鈦工作在光催化狀態(tài)，所述自然區(qū)(23)的二氧化鈦工作在自然作用狀態(tài)，所述自然作用狀態(tài)是指二氧化鈦分子直接與空氣中的氧分子起作用，該作用不受外界因素的影響，或者受外界因素的影響不明顯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光能氧負(fù)離子發(fā)生裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電體為金屬平板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光能氧負(fù)離子發(fā)生裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電體為泡沫金屬網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光能氧負(fù)離子發(fā)生裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電體為由兩層泡沫金屬夾一層通氣、導(dǎo)電但不透光的材料所組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3 4任一項(xiàng)所述的光能氧負(fù)離子發(fā)生裝置，其特征在于，所述泡沫金屬為泡沫鎳。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光能氧負(fù)離子發(fā)生裝置 ，其特征在于，所述二氧化鈦薄膜層為由納米二氧化鈦形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光能氧負(fù)離子發(fā)生裝置，其特征在于，所述通氣、導(dǎo)電但不透光的材料為活性碳纖維。
專利摘要一種光能氧負(fù)離子發(fā)生裝置，包括光源組件(10)、導(dǎo)電組件(20)和支撐、固定前者的支撐件(30)，所述光源組件(10)置于所述導(dǎo)電組件(20)的一側(cè)，由紫外線發(fā)光器件(11)和電源(12)組成。所述紫外線為波長小于400nm的光波。所述導(dǎo)電組件(20)由導(dǎo)電體和覆蓋在該導(dǎo)電體兩個相對的面或區(qū)域上的二氧化鈦薄膜層構(gòu)成，具有三個功能區(qū)受光區(qū)(21)、阻光區(qū)(22)和自然區(qū)(23)。所述受光區(qū)(21)的二氧化鈦工作在光催化狀態(tài)。所述自然區(qū)(23)的二氧化鈦工作在自然作用狀態(tài)。該裝置通過使受光區(qū)和自然區(qū)的二氧化鈦工作在不同的狀態(tài)，在兩個區(qū)之間形成電場，從而使電子和空穴的復(fù)合有序化，大幅度提高了氧負(fù)離子的產(chǎn)率。
文檔編號H01T23/00GK203103758SQ201220500430
公開日2013年7月31日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者馬驤彬 申請人:馬驤彬