CN108421311B - 一种惯性碰撞过滤器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空气过滤设备技术领域，尤其涉及一种惯性碰撞过滤器。本发明惯性碰撞过滤器包括由上而下设置的基板、中间板及粘附层，中间板开设有入气孔，中间板与基板之间形成有纵向贯通的流出通道，在基板上开设有与流出通道相通的通孔，粘附层粘附于中间板上并封闭入气孔。本发明惯性碰撞过滤器可以采用多种材料组成，因而其成本可以大幅下降。相比于现有的商业PM2.5悬浮颗粒污染物过滤器，惯性碰撞过滤器的通孔面积更大，因而可有效地降低压力差，避免阻塞。同时，在较大的风速下，仍然可以保持较高的空气过滤效率。
Description
发明领域
本发明涉及空气过滤设备技术领域，尤其涉及一种惯性碰撞过滤器。
背景技术
近年来，随着大多数发展中国家工业化水平的不断提高，空气污染问题日益引起人民群众的广泛关注。其中，空气颗粒污染物，特别是直径小于或等于2.5微米的颗粒物(简称PM2.5)，是最为严重的空气污染来源。由于小的体积，PM2.5悬浮颗粒污染物可以通过呼吸道系统直接进入或者积累在人的身体内部。根据现有的科学研究表明，长期暴露在PM2.5悬浮颗粒污染物中，将会导致多种呼吸道、心血管等疾病。PM2.5悬浮颗粒污染物主要来源于汽车尾气排放、工厂废气排放，化石燃料(煤、汽油、柴油、天然气)和植物(秸秆、木柴)等原料燃烧。过去的十年中，特别在一些发展中国家(如中国、印度等)，随着工业化进程逐渐加快，PM2.5悬浮颗粒污染问题不断恶化。PM2.5悬浮颗粒污染物在空气中的悬浮寿命长达数天，乃至数周，随着空气的扩散，经常导致长时间、大范围的空气区域污染，严重地威胁着广大人民群众的生命安全。由于PM2.5悬浮颗粒污染物体积小、来源多样、演变机制复杂，PM2.5悬浮颗粒污染物的过滤和收集问题广受关注。
目前，市场上流通的空气过滤器主要包括两种：第一种是静电纤维空气过滤器，通过静电纺丝的方式制备密集的有机纤维膜，进而利用有机纤维膜所带静电来捕获悬浮在空气中的PM2.5悬浮颗粒污染物。为了获得高的悬浮颗粒过滤效率，有机纤维膜的厚度高达几厘米，这不可避免地在过滤膜前后产生高的压力差，导致非常低的空气流通效率。生活中，戴口罩的人经常感受到“闷”，就是由以上原因造成的。另外，随着有机纤维膜自身所带静电的消失，有机纤维膜的过滤效率大大下降，严重影响了过滤器的使用寿命。另一种类型的空气过滤器是基于尺寸过滤的多孔过滤器，类似于常见的污水过滤器。这类过滤器通过在固体薄膜上形成微米级别不规则圆孔来实现PM2.5悬浮颗粒污染物过滤。其基本原理是尺寸大的悬浮颗粒污染物将被圆孔挡住，以此达到过滤的功能。目前为了获得高的气体过滤效率，过滤圆孔的尺寸远远小于PM2.5悬浮颗粒污染物的平均尺寸，导致制造成本大幅上升，空气流通量降低，易阻塞，过滤膜前后压力差大。
对于以上市场上现有的两种类型的空气过滤器而言，为了追求高的过滤效率，逐渐增厚的过滤通道和逐渐缩小的过滤孔径，不可避免的减少了空气的流通率，导致过滤膜前后较大的压力差。同时，静电的消失极大的缩短了空气过滤器的使用寿命。除此以外，一些含有水分子和大尺寸燃烧粉尘的悬浮颗粒，将会不断碰撞有机纤维膜，导致过滤网孔表面产生变形，大大降低过滤器的使用寿命。
发明内容
针对市场上现有过滤技术存在的上述问题，本发明提出了一种低空气阻力、过滤效率高、生产成本低的惯性碰撞过滤器。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：一种惯性碰撞过滤器，所述惯性碰撞过滤器包括由上而下设置的基板、中间板及粘附层，中间板开设有入气孔，中间板与基板之间形成有纵向贯通的流出通道，在基板上开设有与流出通道相通的通孔，粘附层粘附于中间板上并封闭入气孔。
本发明惯性碰撞过滤器，是利用惯性分离过程捕获PM2.5悬浮颗粒污染物，当载有悬浮颗粒污染物的流动气流通过惯性碰撞过滤器的通孔后，突然改变方向，大质量的悬浮颗粒污染物由于具有更大的惯性将跟随原始轨迹，从而碰撞、吸附于过滤器的粘附层，而质量小的悬浮颗粒污染物则通过流出通道被导出。也就是说，当悬浮颗粒污染物高于特定尺寸时，其颗粒具有大的质量与惯性。当气流方向突然改变时，质量大的悬浮颗粒污染物将从空气流分离，并与用于捕获颗粒的粘附层碰撞，最终被粘附收集。
本发明惯性碰撞过滤器中通孔的口径由上而下逐渐缩小，且通孔的尺寸为PM2.5悬浮颗粒污染物平均尺寸的几十倍，能够有效降低气流阻力，同时防止大颗粒的堵塞，从而可以显著提高过滤器的使用寿命。
所述通孔由硅单晶片制成，流出通道和粘附层由聚二甲基硅氧烷基板软光刻工艺制成。所述惯性碰撞过滤器的材料也可用其他耐热材料制备而成。
在本发明惯性碰撞过滤器中，随着气流速度的提高，PM2.5悬浮颗粒污染物的去除效率增大；同时，本发明惯性碰撞过滤器与传统过滤器相比，具有极低的压力差，品质因子也大幅度提高。
一种惯性碰撞过滤器的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
硅片衬底清洗：采用标准的RCA流程对硅片进行清洗；
生长氮化硅层：采用低压化学气相沉积法在清洗后的硅片两面淀积氮化硅薄膜层；
光刻：先旋涂光刻胶至样品表面，前烘烤工艺后进行紫外曝光，再经过后烘烤及显影工艺后得到；
等离子体刻蚀：用混合气体将未被光刻胶保护的氮化硅薄膜等离子体刻蚀，刻蚀功率为110-130W，时间为4-6min；
湿法刻蚀通孔：用标准刻蚀液对未被氮化硅覆盖的硅片进行选择性刻蚀；
杂质金属离子的去除：将刻蚀后的硅片浸入混合溶液中1-2h后，清洗后用N2枪吹干；
残留氮化硅掩膜的去除：用CF4/O2混合气体等离子体刻蚀，除去保护层氮化硅薄膜得通孔；
流出通道和粘附层的制备：利用软光刻技术制备流出通道和粘附层；
装配：将通孔、流出通道和粘附层对准，封装在一起即得惯性碰撞过滤器。
在上述一种惯性碰撞过滤器的制备方法中，所述硅片需要进行预处理，所述预处理包括如下步骤：将单晶硅片进行双面抛光，用食人鱼刻蚀液清洗并风干。食人鱼刻蚀液，是浓硫酸和30％过氧化氢的混合物(7:3)，主要用来清洁基片表面的有机物。该混合物有很强的氧化性，可以彻底的清除基片上的几乎所有有机杂质，保持硅片表面清洁。
在上述一种惯性碰撞过滤器的制备方法中，所述生长氮化硅层过程中，腔体温度控制在815-850℃，气压控制在15-20Pa，采用的气源为二氯甲硅烷和氨气，其中二氯甲硅烷的气体流量为100-120ml/min，氨气的气体流量为25-40ml/min；薄膜的生长速率为0.15nm/s，氮化硅薄膜的平均厚度为10-18nm。
在上述一种惯性碰撞过滤器的制备方法中，光刻步骤中所述旋涂的转速控制在4000-5000r/min；前烘烤温度为85-95℃，持续0.5-1.5min；后烘烤温度为110-130℃，持续0.5-1.5min；显影时间为50-60s。
在上述一种惯性碰撞过滤器的制备方法中，等离子刻蚀步骤中的混合气体为四氟化碳与氧气，且体积比为(3.5-4.5)：1。
在上述一种惯性碰撞过滤器的制备方法中，湿法刻蚀通孔步骤中所述刻蚀液为质量百分数为40-50％的氢氧化钾溶液，刻蚀过程中，刻蚀液的温度为75-85℃，刻蚀速率为0.5-1.5μm/min。本发明选用KOH作为刻蚀液，KOH浴对氮化硅和硅具有很大的选择性，因此在湿法蚀刻中，氮化硅掩膜保持良好。同时，KOH还具有较高的刻蚀速率，能保证刻蚀表面光滑，且易于控制，操作方便。
在上述一种惯性碰撞过滤器的制备方法中，去除杂质金属离子步骤中的混合溶液为盐酸与双氧水的混合溶液，且体积比为(1-1.5)：1。
一种惯性碰撞过滤器的评价测试方法，所述方法包括如下步骤：将惯性碰撞过滤器放入空气进气口，用双面胶带密封并确保空气完全进入惯性碰撞过滤器。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明惯性碰撞过滤器的通孔为颗粒平均尺寸的几十倍，不易堵塞，使用寿命长；
2、本发明惯性碰撞过滤器，可用其他耐热材料如纤维代替，因此在制备成本上能大大降低；
3、本发明惯性碰撞过滤器制备方法简单，且选择不同种类的刻蚀液和刻蚀条件，能够使得到的惯性碰撞过滤器具有优良的性能。
说明书附图
图1是本发明的主视图。
图中：1、粘附层；2、中间板；3、流出通道；4、基板；5、通孔。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施方式，结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些应用实施例。
本发明惯性碰撞过滤器，是利用惯性分离过程捕获PM2.5悬浮颗粒污染物，当载有悬浮颗粒污染物的流动气流通过惯性碰撞过滤器的通孔5后，突然改变方向，大质量的悬浮颗粒污染物由于具有更大的惯性将跟随原始轨迹，从而碰撞、吸附于过滤器的粘附层1，而质量小的悬浮颗粒污染物则通过流出通道3被导出。也就是说，当悬浮颗粒污染物高于特定尺寸时，其颗粒具有大的质量与惯性。当气流方向突然改变时，质量大的悬浮颗粒污染物将从空气流分离，并与用于捕获颗粒的粘附层碰撞，最终被粘附收集。
实施例1
硅片衬底清洗：采用标准的RCA流程对硅片进行清洗；所述硅片需要进行预处理，所述预处理包括如下步骤：将单晶硅片进行双面抛光，用食人鱼刻蚀液清洗并风干。食人鱼刻蚀液，是浓硫酸和30％过氧化氢的混合物(7:3)，主要用来清洁基片表面的有机物。该混合物有很强的氧化性，可以彻底的清除基片上的几乎所有有机杂质，保持硅片表面清洁；
生长氮化硅层：采用低压化学气相沉积法在清洗后的硅片两面淀积氮化硅薄膜层；腔体温度控制在815℃，气压控制在15Pa，采用的气源为二氯甲硅烷和氨气，其中二氯甲硅烷的气体流量为100ml/min，氨气的气体流量为25ml/min；薄膜的生长速率为0.15nm/s，氮化硅薄膜的平均厚度为10nm；
光刻：先旋涂光刻胶至样品表面，前烘烤后进行紫外曝光，再经过后烘烤及显影后得到；旋涂的转速控制在4000r/min；前烘烤温度为85℃，持续0.5min；后烘烤温度为110℃，持续0.5min；显影时间为50s；
等离子体刻蚀：用混合气体将未被光刻胶保护的氮化硅薄膜刻蚀，刻蚀功率为110W，时间为4min；混合气体为四氟化碳与氧气，且体积比为3.5：1。
湿法刻蚀通孔：用刻蚀液对未被氮化硅保护的硅片进行刻蚀；刻蚀液为质量百分数为40％的氢氧化钾溶液，刻蚀过程中，刻蚀液的温度为75℃，刻蚀速率为0.5μm/min；
杂质金属离子的去除：将刻蚀后的硅片浸入混合溶液中1h后，清洗后用N2枪烘干；混合溶液为盐酸与双氧水的混合溶液，且体积比为1：1；
残留氮化硅掩膜的去除：用CF4/O2等离子体刻蚀，除去作为保护层的氮化硅薄膜得通孔5；
流出通道和粘附层的制备：利用软光刻技术制备流出通道3和粘附层1；
装配：将通孔5、流出通道3和粘附层1对准，封装，即得惯性碰撞过滤器。
实施例2
硅片衬底清洗：采用标准的RCA流程对硅片进行清洗；所述硅片需要进行预处理，所述预处理包括如下步骤：将单晶硅片进行双面抛光，用食人鱼刻蚀液清洗并风干。食人鱼刻蚀液，是浓硫酸和30％过氧化氢的混合物(7:3)，主要用来清洁基片表面的有机物。该混合物有很强的氧化性，可以彻底的清除基片上的几乎所有有机杂质，保持硅片表面清洁；
生长氮化硅层：采用低压化学气相沉积法在清洗后的硅片两面淀积氮化硅薄膜层；腔体温度控制在825℃，气压控制在16Pa，采用的气源为二氯甲硅烷和氨气，其中二氯甲硅烷的气体流量为105ml/min，氨气的气体流量为30ml/min；薄膜的生长速率为0.15nm/s，氮化硅薄膜的平均厚度为12nm；
光刻：先旋涂光刻胶至样品表面，前烘烤后进行紫外曝光，再经过后烘烤及显影后得到；旋涂的转速控制在4250r/min；前烘烤温度为88℃，持续0.8min；后烘烤温度为115℃，持续0.8min；显影时间为52s；
等离子体刻蚀：用混合气体将未被光刻胶保护的氮化硅薄膜刻蚀，刻蚀功率为115W，时间为4.5min；混合气体为四氟化碳与氧气，且体积比为4：1。
湿法刻蚀通孔：用刻蚀液对未被氮化硅保护的硅片进行刻蚀；刻蚀液为质量百分数为42％的氢氧化钾溶液，刻蚀过程中，刻蚀液的温度为78℃，刻蚀速率为0.8μm/min；
杂质金属离子的去除：将刻蚀后的硅片浸入混合溶液中1.2h后，清洗后用N2枪烘干；混合溶液为盐酸与双氧水的混合溶液，且体积比为1.1：1；
残留氮化硅掩膜的去除：用CF4/O2等离子体刻蚀，除去作为保护层的氮化硅薄膜得通孔5；
流出通道和粘附层的制备：利用软光刻技术制备流出通道3和粘附层1；
装配：将通孔5、流出通道3和粘附层1对准，封装，即得惯性碰撞过滤器。
实施例3
硅片衬底清洗：采用标准的RCA流程对硅片进行清洗；所述硅片需要进行预处理，所述预处理包括如下步骤：将单晶硅片进行双面抛光，用食人鱼刻蚀液清洗并风干。食人鱼刻蚀液，是浓硫酸和30％过氧化氢的混合物(7:3)，主要用来清洁基片表面的有机物。该混合物有很强的氧化性，可以彻底的清除基片上的几乎所有有机杂质，保持硅片表面清洁；
生长氮化硅层：采用低压化学气相沉积法在清洗后的硅片两面淀积氮化硅薄膜层；腔体温度控制在835℃，气压控制在17Pa，采用的气源为二氯甲硅烷和氨气，其中二氯甲硅烷的气体流量为110ml/min，氨气的气体流量为32ml/min；薄膜的生长速率为0.15nm/s，氮化硅薄膜的平均厚度为14nm；
光刻：先旋涂光刻胶至样品表面，前烘烤后进行紫外曝光，再经过后烘烤及显影后得到；旋涂的转速控制在4500r/min；前烘烤温度为90℃，持续4min；后烘烤温度为120℃，持续1min；显影时间为55s；
等离子体刻蚀：用混合气体将未被光刻胶保护的氮化硅薄膜刻蚀，刻蚀功率为120W，时间为5min；混合气体为四氟化碳与氧气，且体积比为4：1。
湿法刻蚀通孔：用刻蚀液对未被氮化硅保护的硅片进行刻蚀；刻蚀液为质量百分数为45％的氢氧化钾溶液，刻蚀过程中，刻蚀液的温度为80℃，刻蚀速率为1μm/min；
杂质金属离子的去除：将刻蚀后的硅片浸入混合溶液中1.5h后，清洗后用N2枪烘干；混合溶液为盐酸与双氧水的混合溶液，且体积比为1.3：1；
残留氮化硅掩膜的去除：用CF4/O2等离子体刻蚀，除去作为保护层的氮化硅薄膜得通孔5；
流出通道和粘附层的制备：利用软光刻技术制备流出通道3和粘附层1；
装配：将通孔5、流出通道3和粘附层1对准，封装，即得惯性碰撞过滤器。
实施例4
硅片衬底清洗：采用标准的RCA流程对硅片进行清洗；所述硅片需要进行预处理，所述预处理包括如下步骤：将单晶硅片进行双面抛光，用食人鱼刻蚀液清洗并风干。食人鱼刻蚀液，是浓硫酸和30％过氧化氢的混合物(7:3)，主要用来清洁基片表面的有机物。该混合物有很强的氧化性，可以彻底的清除基片上的几乎所有有机杂质，保持硅片表面清洁；
生长氮化硅层：采用低压化学气相沉积法在清洗后的硅片两面淀积氮化硅薄膜层；腔体温度控制在845℃，气压控制在19Pa，采用的气源为二氯甲硅烷和氨气，其中二氯甲硅烷的气体流量为115ml/min，氨气的气体流量为35ml/min；薄膜的生长速率为0.15nm/s，氮化硅薄膜的平均厚度为16nm；
光刻：先旋涂光刻胶至样品表面，前烘烤后进行紫外曝光，再经过后烘烤及显影后得到；旋涂的转速控制在4800r/min；前烘烤温度为92℃，持续1.2min；后烘烤温度为125℃，持续1.2min；显影时间为58s；
等离子体刻蚀：用混合气体将未被光刻胶保护的氮化硅薄膜刻蚀，刻蚀功率为128W，时间为5.5min；混合气体为四氟化碳与氧气，且体积比为4.2：1。
湿法刻蚀通孔：用刻蚀液对未被氮化硅保护的硅片进行刻蚀；刻蚀液为质量百分数为48％的氢氧化钾溶液，刻蚀过程中，刻蚀液的温度为82℃，刻蚀速率为1.3μm/min；
杂质金属离子的去除：将刻蚀后的硅片浸入混合溶液中1.8h后，清洗后用N2枪烘干；混合溶液为盐酸与双氧水的混合溶液，且体积比为1.3：1；
残留氮化硅掩膜的去除：用CF4/O2等离子体刻蚀，除去作为保护层的氮化硅薄膜得通孔5；
流出通道和粘附层的制备：利用软光刻技术制备流出通道3和粘附层1；
装配：将通孔5、流出通道3和粘附层1对准，封装，即得惯性碰撞过滤器。
实施例5
硅片衬底清洗：采用标准的RCA流程对硅片进行清洗；所述硅片需要进行预处理，所述预处理包括如下步骤：将单晶硅片进行双面抛光，用食人鱼刻蚀液清洗并风干。食人鱼刻蚀液，是浓硫酸和30％过氧化氢的混合物(7:3)，主要用来清洁基片表面的有机物。该混合物有很强的氧化性，可以彻底的清除基片上的几乎所有有机杂质，保持硅片表面清洁；
生长氮化硅层：采用低压化学气相沉积法在清洗后的硅片两面淀积氮化硅薄膜层；腔体温度控制在850℃，气压控制在20Pa，采用的气源为二氯甲硅烷和氨气，其中二氯甲硅烷的气体流量为120ml/min，氨气的气体流量为40ml/min；薄膜的生长速率为0.15nm/s，氮化硅薄膜的平均厚度为18nm；
光刻：先旋涂光刻胶至样品表面，前烘烤后进行紫外曝光，再经过后烘烤及显影后得到；旋涂的转速控制在5000r/min；前烘烤温度为95℃，持续1.5min；后烘烤温度为130℃，持续1.5min；显影时间为60s；
等离子体刻蚀：用混合气体将未被光刻胶保护的氮化硅薄膜刻蚀，刻蚀功率为130W，时间为6min；混合气体为四氟化碳与氧气，且体积比为4.5：1。
湿法刻蚀通孔：用刻蚀液对未被氮化硅保护的硅片进行刻蚀；刻蚀液为质量百分数为50％的氢氧化钾溶液，刻蚀过程中，刻蚀液的温度为85℃，刻蚀速率为1.5μm/min；
杂质金属离子的去除：将刻蚀后的硅片浸入混合溶液中2h后，清洗后用N2枪烘干；混合溶液为盐酸与双氧水的混合溶液，且体积比为1.5：1；
残留氮化硅掩膜的去除：用CF4/O2等离子体刻蚀，除去作为保护层的氮化硅薄膜得通孔5；
流出通道和粘附层的制备：利用软光刻技术制备流出通道3和粘附层1；
装配：将通孔5、流出通道3和粘附层1对准，封装，即得惯性碰撞过滤器。
应用实施例1
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为1m/s。
应用实施例2
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为2m/s。
应用实施例3
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为3m/s。
应用实施例4
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为4m/s。
应用实施例5
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为5m/s。
应用实施例6
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为6m/s。
应用实施例7
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为7m/s。
应用实施例8
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为8m/s。
测定上述应用实施例1-8的去除效率，结果如表1所示：
表1：应用实施例1-8中的去除效率
应用实施例9
将实施例2中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为1m/s。
应用实施例10
将实施例3中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为4m/s。
应用实施例11
将实施例4中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为5m/s。
应用实施例12
将实施例5中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为6m/s。
应用实施例13
将实施例3中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为4m/s。
应用实施例14
将实施例5中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为7m/s。
应用实施例15
将实施例2中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为8m/s。
应用实施例16
将实施例3中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为8m/s。
测定上述应用实施例9-16的去除效率，结果如表2所示：
表2：应用实施例9-16中的去除效率
应用实施例17
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为1m/s。
应用实施例18
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为2m/s。
应用实施例19
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为3m/s。
应用实施例20
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为4m/s。
应用实施例21
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为5m/s。
应用实施例22
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为6m/s。
应用实施例23
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为7m/s。
应用实施例24
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为8m/s。
测定上述应用实施例17-24的去除效率，结果如表3所示：
表3：应用实施例17-24中的去除效率
应用实施例25
将实施例2中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为1m/s。
应用实施例26
将实施例5中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为2m/s。
应用实施例27
将实施例4中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为3m/s。
应用实施例28
将实施例3中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为4m/s。
应用实施例29
将实施例4中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为5m/s。
应用实施例30
将实施例2中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为6m/s。
应用实施例31
将实施例5中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为7m/s。
应用实施例32
将实施例3中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为8m/s。
测定上述应用实施例25-32的去除效率，结果如表4所示：
表4：应用实施例25-32中的去除效率
应用实施例33
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为1m/s。
应用实施例34
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为2m/s。
应用实施例35
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为3m/s。
应用实施例36
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为4m/s。
应用实施例37
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为5m/s。
应用实施例38
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为6m/s。
应用实施例39
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为7m/s。
应用实施例40
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为8m/s。
测定上述应用实施例33-40的压力差，结果如表5所示：
表5：应用实施例33-40中的压力差
应用实施例41
将实施例2中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为1m/s。
应用实施例42
将实施例3中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为2m/s。
应用实施例43
将实施例5中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为3m/s。
应用实施例44
将实施例3中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为4m/s。
应用实施例45
将实施例4中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为5m/s。
应用实施例46
将实施例5中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为6m/s。
应用实施例47
将实施例3中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为7m/s。
应用实施例48
将实施例2中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为8m/s。
测定上述应用实施例41-48的压力差，结果如表6所示：
表6：应用实施例41-48中的压力差
应用实施例49
将实施例3中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为1m/s。
应用实施例50
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为2m/s。
应用实施例51
将实施例5中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为3m/s。
应用实施例52
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为4m/s。
应用实施例53
将实施例2中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为5m/s。
应用实施例54
将实施例4中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为6m/s。
应用实施例55
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为7m/s。
应用实施例56
将实施例3中的惯性碰撞过滤器应用于PM2.5颗粒去除中，风速为8m/s。
测定上述应用实施例49-56的品质因子，结果如表7所示：
表7：应用实施例49-56中的品质因子
应用实施例57
将实施例4中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为1m/s。
应用实施例58
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为2m/s。
应用实施例59
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为3m/s。
应用实施例60
将实施例5中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为4m/s。
应用实施例61
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为5m/s。
应用实施例62
将实施例2中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为6m/s。
应用实施例63
将实施例3中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为7m/s。
应用实施例64
将实施例1中的惯性碰撞过滤器应用于PM10颗粒去除中，风速为8m/s。
测定上述应用实施例57-64的品质因子，结果如表8所示：
表8：应用实施例57-64中的品质因子
应用实施例65
与实施例1的区别仅在于，该应用实施例惯性碰撞过滤器采用聚酰亚胺纤维和尼龙-6纤维制成，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
测应用实施例65中的空气碰撞过滤器在去除PM2.5下的品质因子、压力差和去除效率，结果如表9所示：
表9：不同材料制成空气碰撞过滤器检测结果
对比例1
取普通市售空气过滤器1、普通市售空气过滤器2用于PM2.5的去除中，并分别测其品质因子、压力差、去除效率，结果如表10所示：
表10：普通市售空气过滤器1、普通市售空气过滤器2检测结果
从本发明应用实施例和众多对比例可以明显看出，本发明惯性碰撞过滤器可以采用多种材料组成，因而其成本可以大幅下降。相比于现有的商业PM2.5悬浮颗粒污染物过滤器，惯性碰撞过滤器的通孔面积更大，因而可有效地降低压力差，避免阻塞。同时，在较大的风速下，仍然可以保持较高的空气过滤效率。
本文中所描述的具体实施仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体应用实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体应用实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
Claims (5)
1.一种惯性碰撞过滤器，其特征在于，包括由上而下设置的基板、中间板及粘附层，中间板开设有入气孔，中间板与基板之间形成有纵向贯通的流出通道，在基板上开设有与流出通道相通的通孔，通孔的尺寸为PM2.5悬浮颗粒污染物平均尺寸的几十倍，粘附层粘附于中间板上并封闭入气孔，其中流出通道和粘附层由聚二甲基硅氧烷基板软光刻工艺制成；
所述惯性碰撞过滤器的制备方法，包括如下步骤：
硅片衬底清洗：采用标准的RCA流程对硅片进行清洗；
生长氮化硅层：采用低压化学气相沉积法在清洗后的硅片两面淀积氮化硅薄膜层；
光刻：先旋涂光刻胶至样品表面，前烘烤工艺后进行紫外曝光，再经过后烘烤及显影工艺后得到；
等离子体刻蚀：用混合气体将未被光刻胶保护的氮化硅薄膜等离子体刻蚀，刻蚀功率为110-130W，时间为4-6min;
湿法刻蚀通孔：用标准刻蚀液对未被氮化硅覆盖的硅片进行选择性刻蚀;
杂质金属离子的去除：将刻蚀后的硅片浸入混合溶液中1-2h后，清洗后用N2枪吹干；
残留氮化硅掩膜的去除：用CF4 / O2混合气体等离子体刻蚀，除去保护层氮化硅薄膜得通孔；
流出通道和粘附层的制备：利用软光刻技术制备流出通道和粘附层；
装配：将通孔、流出通道和粘附层对准，封装在一起即得惯性碰撞过滤器。
2.根据权利要求1所述的一种惯性碰撞过滤器，其特征在于，所述通孔的口径由上而下逐渐缩小。
3.根据权利要求1所述的一种惯性碰撞过滤器的制备方法，其特征在于，所述硅片需要进行预处理，所述预处理包括如下步骤：将单晶硅片进行双面抛光，用食人鱼刻蚀液清洗并风干。
4.根据权利要求1所述的一种惯性碰撞过滤器的制备方法，其特征在于，所述生长氮化硅层过程中，腔体温度控制在815-850℃，气压控制在15-20Pa，采用的气源为二氯甲硅烷和氨气，其中二氯甲硅烷的气体流量为100-120ml/min，氨气的气体流量为25-40ml/min；薄膜的生长速率为0.15nm/s，氮化硅薄膜的平均厚度为10-18nm。
5.根据权利要求1所述的一种惯性碰撞过滤器的制备方法，其特征在于，光刻步骤中所述旋涂的转速控制在4000-5000r/min；前烘烤温度为85-95℃，持续0.5-1.5min；后烘烤温度为110-130℃，持续0.5-1.5min；显影时间为50-60s。
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