一种负离子发生器的释放头及其制造方法与流程

• 花匠小妙招
• 2024-11-21 00:12

本发明属于离子发生器技术领域，尤其是涉及一种负离子发生器的释放头及其制造方法。

背景技术：

负离子发生器的释放头主要包括金属针尖释放头和碳刷式释放头这两种传统方式。针尖释放头发生器的原理是在给定高压作用下，在针状的电极与平板电极间产生不均匀电场(不同于平行的两平板电极间的均匀电场)，通过产生电晕以释放出大量的电子；由于空气中的电子会被氧分子所捕获，从而形成了负氧离子。基于该原理，再通过送风可将负氧离子从极板间吹出(根据电荷平衡产生的正电荷一般直接为极板所吸附)来产生连续的负氧离子群。针式释放头出现最早且较为常见，它是将圆柱形钢针焊在基座上，再连接高压导线即可。由于当前的成型工艺受限，还无法批量制作出长度较短的钢针，此外把较短钢针焊接在基座上也相对困难。虽然该类型针式释放头不容易集聚微尘，但是易老化变形，且针尖的尖端放电很容易导致针尖钝化从而减少使用寿命，其产生的负离子浓度也会受到一定影响。碳刷释放头的制作方法，一般是将高压导线中的金属线插进碳纤维束中，然后用金属铆件将两者固定衔接，接着在衔接部位套上热缩管，加热收缩成一体，这种碳刷释放头的制作方法工艺繁琐，缺点是释放头容易吸附油烟和灰尘，清洁比较困难，长时间同样会造成性能退化，影响使用效率，而且在较高的电压下才能达到一定的负离子释放浓度。

现有的负离子发生器释放的负离子仅对固态颗粒物、pm2.5的去除效果较为明显，但对空气中的其他污染物比如细菌、甲醛、臭味和气态vocs有机物等的去除效果不明显，造成了负离子发生器化的净化能力不足。

因此，现有的负离子释放头存在制造工艺困难、释放负离子浓度低、效果不佳及使用寿命短等缺陷，并且功能单一甚至有时会产生对人体有害的臭氧等衍生物，现有的负离子发生器的释放头可以做进一步的功能提升和改造。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种以富勒烯c60为纳米级电子释放端的负离子发生器，利用尖端放电原理，通过高电压将大量电子解离并在涂有富勒烯的金属表面的释放器上均匀释放，不仅提高了负离子发生量，还降低了释放电压，在功能上可有效除菌、去除多种如粉尘、烟雾等污染物。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种负离子发生器的释放头，包括导电杆、导电固定装置和负离子释放束。负离子释放束包围导电杆，使用导电固定装置在负离子释放束与导电杆相衔接的部分进行固定，确保负离子释放束均与导电杆电连接，在导电固定装置、负离子释放束和导电杆的空隙中填充具有导电性的粘结材料；

负离子释放束由多根导电丝和附涂于上面的导电聚合物和pvp(聚乙烯吡咯烷酮)混合物、分散在之间的富勒烯c60及周围均匀混入的二氧化钛纳米颗粒和硼酸盐形成，导电丝表面用导电聚合物和pvp(聚乙烯吡咯烷酮)混合物作为黏着剂，防止富勒烯在长时间使用后脱落；用富勒烯c60作为高压放电输出端，纳米级分散，释放电子更均匀；用二氧化钛纳米颗粒和硼酸盐，可有效降低高压放电产负离子时所产生的臭氧衍生物。

进一步的，电子释放层为富勒烯c60纳米级材料层。

进一步的，富勒烯c60均匀分散于导电聚合物和pvp(聚乙烯吡咯烷酮)混合物之后的一层或多层。

进一步的，导电固定装置外套设有热缩管，所述热缩管加热收缩，与所述导电固定装置形成一体。

一种负离子释放器，包括上述释放头，还包括直流负高压电源、控制电路、抗高压导线，导电杆与高压模块中分出的直流负高压通过抗高压导线连接，高压模块与电源插头之间经适配器连接，通过控制电路进行电压转换，将220v交流市电转换为直流低电压12-24v，在高压模块的直流负高压的解离下，通过释放头产生电子。

一种负离子发生器的释放头的制造方法，包括如下步骤：

步骤1，通过溶胶-凝胶法在导电丝上进行浸渍涂覆衍生物抑制层；

步骤2，通过垂直生长法涂覆电子释放层，生成负离子释放束；

步骤3，导电杆插入负离子释放束中，且负离子释放束与导电杆相衔接的部分通过导电金属带进行固定，负离子释放束均与导电杆电连接；

步骤4，导电固定装置、负离子释放束、导电杆之间的空隙中填充具有导电性的粘结材料；

进一步的，在步骤4后，还包括：

步骤5，导电固定装置外套设热缩管，热缩管加热收缩，与导电固定装置形成一体；

步骤6，导电杆与高压模块连接，高压模块与电源插头之间通过适配器连接。

相对于现有技术，本发明所述的一种负离子发生器的释放头及其制造方法具有以下优势：

(1)负离子粒径小且释放浓度高；

(2)能有效抑制臭氧等衍生物的产生；

(3)负离子释放束与导电杆连接牢固，性能可靠；

(4)使用金属释放丝，耐腐蚀，且结合强度高，寿命长。

(5)负离子发生器除了能释放高浓度小粒径负离子，进行颗粒物及pm2.5去除外，还能杀菌消毒，更加全面地进行空气净化。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明释放头的结构示意图。

图2是本发明释放头制造方法流程图。

图3是本发明实施例与对比例的负离子释放头的测试结果示意图。

图4是本发明实施例的负离子释放头的臭氧和氮氧化物释放量测试结果示意图。

图5是本发明实施例与对比例的甲醛和pm2.5的去除测试结果示意图。

附图标记说明如下：

1-负离子释放束；2-导电固定装置；3-热缩管；4-导电杆；5-耐腐蚀层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-2所示，一种负离子释放器包括涂有c60的释放头、直流负高压电源、控制电路、抗高压导线四部分组成；释放头包括导电杆4、导电固定装置2和负离子释放束1，导电杆4插入负离子释放束1中，使用导电固定装置2在负离子释放束1与导电杆4相衔接的部分进行固定，确保负离子释放束1均与导电杆4电连接，在导电固定装置2、负离子释放束1和导电杆4的空隙中填充具有导电性的粘结材料。

负离子释放束1由多根导电丝和附涂于上面的导电聚合物和pvp(聚乙烯吡咯烷酮)混合物、分散在之间的富勒烯c60及周围均匀混入一定量的二氧化钛纳米颗粒和硼酸盐形成。这些附涂在导电丝表面的物质能够形成高效的电子释放层，将大量的电子在释放器上均匀释放，不仅提高了负离子发生量，还降低了释放电压；此外还能有效降低高压放电产负离子时产生臭氧衍生物。

负离子释放束1的导电丝本身就可以作为负离子释放束1，加入富勒烯c60可以进一步提高释放出的负离子的浓度，在中间加入导电聚合物和pvp(聚乙烯吡咯烷酮)混合物可以保证富勒烯c60更加牢固地粘合在导电丝上面。掺杂二氧化钛纳米颗粒和硼酸盐可以进一步增强发生器净化空气的效果，可有效降低高压放电产负离子时所产生臭氧衍生物。由于所生成的负离子粒径较小，可以透过人体血脑屏障发挥生物效应，此外除了能去除pm2.5，还具有杀菌消毒和去除有机物vocs效果。采用导电固定装置2代替焊接方式去固定导电丝，可以避免导电丝松动、脱落等问题，延长发生器的使用寿命。

其中，导电杆4与高压模块中分出的直流负高压通过抗高压导线连接，所述高压模块与电源插头之间经适配器连接，通过控制电路进行电压转换，将220v交流市电转换为直流低电压12-24v，在高压模块的直流负高压的解离下，通过释放头产生电子。

其中，导电固定装置2外套设有热缩管3，热缩管3加热收缩，与导电固定装置2形成一体；

一方面可以防止各个导电部件之间产生静电干扰，另一方面可以提高负离子释放束1与导电杆4之间的固定牢固性。

优选的，导电杆4通过螺纹、嵌合或焊接与电源线的电连接。

优选的，电源插头为三相，从高压模块分出的正高压通过接地线导入大地中和。

优选的，导电丝为导电丝，例如，可以为钼丝、钨金丝、钨丝、铁丝、铼丝、钽丝或铌丝；优选为钼丝或钨金丝。

钼丝的导电性、耐热性和抗腐蚀性较好，便于加工，价格便宜；钨金丝具有静音、耐油脂、耐脏、耐腐蚀的特性，而且负离子产生量大，几乎无臭氧和氮氧化物等副产物产生，表面不容易吸附灰尘和颗粒，不需频繁进行清洗。钨金丝中的钨含量可以在99％以上。

优选的，导电丝的长度为1-3cm，直径为0.1-0.2mm，多根导电丝的材质相同或不同，负离子释放头包括20-30根导电丝。

优选的，导电固定装置2为连接释放头和导电杆4的金属铆件固定结构，为导电金属带，材料优选黄铜。

金属材质的导电固定装置2不但导电性好，而且柔韧性好，容易压实。

优选的，导电杆4为金属螺杆，由铜、贵金属或其合金形成，贵金属可以为金、或银等，本发明优选紫铜。

优选的，导电杆4和导电固定装置2外设置有防腐层，防腐层为铂金层或金层。

优选的，导电粘结材料为pvp。

导电粘结材料不但可以提高负离子释放束1与导电杆4之间的固定牢固性，而且可以提高导电性。

优选的，电子释放层为碳纳米材料层。

碳纳米材料是电阻接近零的超导材料，采用碳纳米材料形成电子释放层有利于电离子的游离析出，可以产生小粒径、高活性、迁移距离远的生态级小粒径负氧离子，且负离子纯度高，几乎没有臭氧、氮氧化物和正离子等副产物的产生。

优选的，碳纳米材料层为富勒烯层、富勒醇层、石墨烯层和碳纳米管层中的一层或多层；

优选的，电子释放层的厚度为2-10nm。

优选的，衍生物抑制层为二氧化钛层。

二氧化钛层的材料优选为纳米二氧化钛，纳米二氧化钛是一种光催化抗菌材料，在光线或紫外线照射下，tio2表面的电子吸收足够的能量而脱离，在电子脱离的位置便形成带正电的电洞，电洞将附着于tio2表面的水分子氧化，使其转变成活性很大的氢氧自由基，氢氧自由基一旦遇上有机物便会夺取电子，使有机物分子因键的断裂而被分解。一般的污染物或病原体大多是碳水化合物，分解后成为水和二氧化碳，因此可以达到除污、灭菌的作用。脱离tio2表面的电子将空气中的氧还原，使氧变成负氧离子(即空气负离子)。负氧离子也能够将tio2表面上的有机化合物氧化分解。因此，二氧化钛层可以进一步提高负离子的释放浓度，同时赋予负离子除污、灭菌的功能。同时作为催化剂，自身不消耗，因其抗菌谱广、作用持久、生物安全性良好等优点被广泛使用。

一种负离子发生器的释放头的制造方法，

步骤1，通过溶胶-凝胶法在导电丝上进行浸渍涂覆衍生物抑制层；

步骤2，通过垂直生长法涂覆电子释放层，生成负离子释放束1；

步骤3，导电杆4插入负离子释放束1中，且负离子释放束1与导电杆4相衔接的部分通过导电金属带被固定在导电杆4上，负离子释放束1均与导电杆4电连接；

导电金属带固定负离子释放束1时，将导电杆4的一端插入负离子释放束1中，然后将导电金属带包裹在负离子释放束1的与导电杆4相衔接的部分外，在真空条件下将导电金属带压实，从而将负离子释放束1固定在导电杆4上。

步骤4，导电固定装置2、负离子释放束1、导电杆4之间的空隙中填充具有导电性的粘结材料；

其中，在步骤4后，还包括：

步骤5，导电固定装置2外套设热缩管3，热缩管3加热收缩，与导电固定装置2形成一体。

一方面可以防止各个导电部件之间产生静电干扰，另一方面可以提高负离子释放束1与导电杆4之间的固定牢固性。

步骤6，导电杆4与高压模块连接，高压模块与电源插头之间通过适配器连接。

其中，步骤1具体为：

步骤1.1，清洗导电丝；

具体清洗方法为：将导电丝浸泡于丙酮溶液中20-30小时，然后取出用无水乙醇清洗，以便除去导电丝表面的粘附物如环氧树脂胶等，再用去离子水洗涤3-5次后，进行80-100℃烘干备用。

步骤1.2，制备溶胶；

具体制备方法为：以钛酸丁酯为前驱物、无水乙醇为溶剂、盐酸为水解抑制剂和水进行制备，各组分质量比例为：钛酸四丁酯:无水乙醇:盐酸:水＝(1-2):(1-5):(1-1.5):(0.8-1)，将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，边加热边搅拌，控温40-50℃，加入盐酸，再加入水，搅拌得到溶胶；

步骤1.3，涂覆；

导电聚合物为电子导电聚合物，聚吡咯和聚苯胺，含量6％-12％；电子导电聚合物，聚乙炔(pa)、聚吡咯(ppy)、聚噻吩(pth)和聚对苯(ppp)中的一种或者两种混合物；

pvp为粘合剂，含量为80％；

二氧化钛纳米颗粒粒径100nm以下，先分散于pvp之中，含量1％-2％；

有机硼酸盐可以为二乙烯三胺四硼酸钠、咪唑五硼酸钠、2-甲基咪唑五硼酸盐的其中之一，含量在1％-2％；

具体涂覆制备方法为：将导电丝放入步骤1.2制备的溶胶中，浸蘸2-5次，取出放入程序升温炉中，缓慢升温至60-100℃，通入高纯氮气或氩气吹扫，使乙醇和水挥发脱除，进行胶凝化处理，2-5小时；随后升温至200-300℃，高纯氮气或氩气将过热水蒸气带入使钛酸四丁酯发生水解反应，生成无定形二氧化钛薄膜，然后在氮气或氩气保护下在400-650℃煅烧处理1-2小时，在导电丝表面获得二氧化钛薄膜晶体，随后冷却取出即可。

其中，步骤2具体为：

将步骤1中的功能层涂覆完的导电丝垂直放入富勒烯c60含量3％的碳纳米材料胶体中，沉积温度50-120℃，沉积时间15-31分钟，在完成碳纳米材料层的生长后，将导电丝从碳纳米材料水溶液中取出，干燥。

优选为，干燥通过恒温烘干的方式来实现，烘干的温度为60-80℃，烘干的时间可以为30-60分钟。

在导电丝表面沉积生长碳纳米层时采用的方法为垂直沉积法。垂直沉积法工艺简单，生长温度低，生长溶液黏度低，生长的碳纳米材料层完整性好，表面更均匀。

采用垂直沉积法沉积生长碳纳米层时的温度可以为50-120℃，优选为60-100℃。50-120℃的沉积温度有利于形成致密性较好的碳纳米层，而且形成碳纳米层的速度较快。沉积时间可以为15-31小时，优选为16-30小时。15-31小时的沉积时间有利于形成期望厚度的碳纳米层。碳纳米层的厚度为2-10nm。

以下为本发明的具体实施例，

实施例1

一种负离子发生器的释放头，其中：

导电杆4为紫铜杆；导电固定装置2为黄铜带；负离子释放束1包括20根钼丝，每根钼丝上沉积有约2nm厚的富勒烯层，钼丝的长度为1cm，直径为0.1mm。导电固定装置2、导电杆4、负离子释放束1之间的空隙中填充有导电胶。

实施例2

一种负离子发生器的释放头，其中：

导电杆4为银杆；导电固定装置2为铜带；负离子释放束1包括25根钨金丝，每根钨金丝上沉积有约6nm厚的石墨烯层，钨金丝中的钨含量为99.5％，钨金丝的长度为2cm，直径为0.2mm。导电固定装置2、导电杆4、负离子释放束1之间的空隙中填充有导电泥。导电杆4和导电固定装置2外设置有铂金层，并且导电固定装置2外套设有热缩管3。

实施例3

一种负离子发生器的释放头，其中：

导电杆4为金杆；导电固定装置2为铜带；负离子释放束1包括30根铁丝，每根铁丝上均沉积有二氧化钛层，二氧化钛层上沉积有约10nm厚的碳纳米管层，铁丝的长度为3cm，直径为0.2mm。导电固定装置2、导电杆4、负离子释放束1之间的空隙中填充有导电胶。导电杆4和导电固定装置2外设置有金层，并且导电固定装置2外套设有热缩管3。

实施例4

一种负离子发生器的释放头，其中：

导电杆4为铜杆；导电固定装置2为铜带；负离子释放束1包括35根钼丝，每根钼丝上沉积有约10nm厚的二氧化钛层和5nm厚的富勒烯层，钼丝的长度为2cm，直径为0.1mm，导电固定装置2、导电杆4、负离子释放束1之间的空隙中填充有导电胶。导电杆4和导电固定装置2外设置有防腐蚀镀金层5，并且导电固定装置2外套设有热缩管3。

对比例1

一种负离子发生器的释放头，该释放头只是使用金属导电丝或碳刷作为放电材料，释放头没有经过加固处理和表面功能增强。

性能测试

1、负离子释放量测试

1)测试仪器

手持式大气负离子测试仪-厂家：华思通；仪器型号：wst-3200pro。

2)测试条件

温度：18℃

相对湿度：18％；

pm2.5：30μg/m3

3)测试过程

将导电杆4接通40kv的电压，测试者手持大气负离子测试仪，分别站在待测试的负离子释放头的正前方、左偏22.5°方向、右偏22.5°方向并且分别距离负离子释放头1m的位置处，测试本发明实施例的一个释放头和对比例的释放头释放出的负离子数量。

4)测试结果

实施例与对比例的负离子释放头的测试结果如表1和图3所示(注：表1中的左、中、右分别表示负离子释放头的左偏22.5°方向、正前方、右偏22.5°方向)。

表1结果对比

从表1和图3可以看出，与对比例的释放头相比，本发明实施例的释放头在1m的负离子浓度增加了，说明采用本发明实施例的释放头能有效提高负离子的释放浓度。

2、臭氧和氮氧化物(no和no2)释放量测试

1)测试仪器

氮氧化物测试仪-厂家：普利通；仪器型号：wsq-nox；

臭氧测试仪-厂家：普利通；仪器型号：wsq-o3。

2)测试条件

温度：18℃

相对湿度：18％；

pm2.5：30μg/m3

3)测试过程

测试者手持氮氧化物测试仪或臭氧测试仪，分别站在待测试的负离子释放头的正前方、左偏22.5°方向、右偏22.5°方向并且分别距离负离子释放头1m的位置处，测试待测试的负离子释放头释放出的臭氧和氮氧化物浓度。

4)测试结果

实施例的负离子释放头的臭氧和氮氧化物释放量(no和no2的释放总量)测试结果如表2和图4所示。

表2结果对比

从表2和图2可以看出，与对比例释放头相比，本发明实施例的复合材料负离子释放头没有释放出氮氧化物，臭氧的释放量相对于对比例的释放头也降低了。

3、pm2.5和甲醛降低量测试

1)测试仪器

手持式测试仪-厂家：华思通；仪器型号：wst-3200pro。

2)测试条件

温度：18℃

相对湿度：18％；

pm2.5：100μg/m3

甲醛：0.5mg/m3

3)测试过程

将导电杆4接通6kv的电压，将甲醛测试仪固定在释放头的正前方距离负离子释放头1m的位置处，测试本发明实施例的一个释放头和对比例的释放头降解甲醛和去除pm2.5的效果。

4)测试结果

实施例与对比例的甲醛和pm2.5的去除测试结果如表3和图3所示(净化前条件一致，净化30min后对比效果)。

表3结果对比

表3和图3可以看出，与对比例的释放头相比，本发明实施例的释放头在1m的pm2.5和甲醛的去除效果增强了，说明采用本发明实施例的释放头中添加功能层和电子增加层能有效去除pm2.5颗粒物和气态污染物。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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