CN113349490A - 一种ai空化效应的双向灭菌净化口罩 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种AI空化效应的双向灭菌净化口罩，包括罩体，罩体上设有进气通道和出气通道，进气通道用于空气由罩体外部向内部流通，出气通道用于罩体内的气体向外部流通；其中，进气通道内设有杀菌层，用于对进入罩体的空气进行杀菌；出气通道设有超声波空化片，口腔和鼻腔呼出的气体经超声波空化片的超声波空化效应消毒杀菌后，排出到罩体外。本发明通过进气通道实现有效的杀菌、灭菌功能，同时通过出气通道能实现从源头对病原体进行防控，从而有效的控制病原体携带者向外界传播病原体的路径。
Description
技术领域
本发明涉及卫生领域，具体地，涉及一种AI空化效应的双向灭菌净化口罩。
背景技术
口罩是一种常用的卫生防护用品，可以起到保暖、防尘、防菌、防臭等功能，在通过飞沫传染的流感或病毒的爆发期，口罩可以起到一定隔离病毒的作用。一般或特殊的医用口罩也可以起到隔离病毒的作用。
在传染病爆发期间，尤其工作或生活在病毒浓度较高的场所时，需要可具备主动杀菌灭菌功能的口罩，但是传统的口罩主要起到隔离、过滤作用，无法直接杀菌或灭菌，尤其是无法针对病原体携带者进行防控，不能切断病原体携带者向外界传播病原体的这一路径，导致病毒进一步扩散，从而加大了防疫工作的难度。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种AI空化效应的双向灭菌净化口罩，实现了双向杀菌、灭菌的功能，并能有效的阻断病原体携带者向外界传播病原体的路径。
根据本发明提供一种AI空化效应的双向灭菌净化口罩，包括罩体，所述罩体上设有进气通道和出气通道，所述进气通道用于外界空气从所述罩体外部向内部流通，所述出气通道用于所述罩体内的气体向外部流通；其中，
所述进气通道内设有杀菌层，用于对进入所述罩体的空气进行杀菌；
所述罩体设有智能AI检测控制部件，能对环境进行检测并根据检测到的菌落数和空气的中的污染物指数指标，调节所述杀菌层工作频率，通过变频来有效应对不停变化的环境；
所述出气通道设有超声波空化片，口腔和鼻腔呼出的气体经所述超声波空化片的超声波空化效应消毒杀菌后，排出到所述罩体外；
所述罩体上设有自供能部件，使口罩实现无线自供能。
优选地，所述超声波空化片包括圆环状压电陶瓷片和聚酰亚胺或金属薄片，所述圆环状压电陶瓷片的底表面与所述聚酰亚胺或金属薄片的上表面连接，所述聚酰亚胺或金属薄片设有均匀分布的若干V形通孔，所述若干V形通孔贯通所述聚酰亚胺或金属薄片的厚度方向，且所述圆环状压电陶瓷片位于所述V形通孔的外围。
优选地，所述进气通道由外到内依次设置第一网状光纤层、第一玻璃纤维布层、纳米氧化银杀菌层、第二网状光纤层、第二玻璃纤维布层、纳米二氧化钛消毒灭菌层以及网孔隧道式等离子体层，其中，
所述纳米氧化银杀菌层涂覆于所述第一玻璃纤维布层的内表面上，所述纳米氧化银杀菌层利用纳米氧化银消毒灭菌；
所述第一网状光纤层利用光纤的光导能力，将第一LED激光光源发出的波长为185纳米的深紫外光均匀地照射在设有纳米氧化银杀菌层的所述第一玻璃纤维布层上，通过紫外杀菌和纳米氧化银杀菌的共同作用，起到杀菌的作用；
所述纳米二氧化钛消毒灭菌层涂覆于所述第二玻璃纤维布层的内表面上，所述纳米二氧化钛消毒灭菌层利用纳米二氧化钛光催化杀菌和降解有机物；所述网孔隧道式等离子体层用于产生紫外线、负离子及臭氧，用于以对进入微孔隧道内的病毒细菌进行灭杀，对进入所述罩体的空气进行富氧活化，以提高罩体内的氧饱和量。
所述第二网状光纤层利用光纤的光导能力，将第二LED激光光源发出的波长为256纳米的紫外光均匀地照射在设有纳米二氧化钛消毒灭菌层的第二玻璃纤维布层上，通过紫外杀菌和纳米二氧化钛对空气中有毒有害物质和细菌尸体降解，起到消毒灭菌的作用。
优选地，所述纳米氧化银杀菌层是由纳米氧化银溅射或蒸镀在所述第一玻璃纤维布的一面形成；所述纳米二氧化钛杀菌层是由纳米二氧化钛溅射或蒸镀在所述第二玻璃纤维布的一面形成。
优选地，所述网孔隧道式等离子体层包括两层金属薄片和绝缘体，所述绝缘体夹在两层所述金属薄片之间形成一体结构，所述一体结构设有贯通其厚度的若干微米级通孔，且所述若干微米级通孔垂直所述罩体平面分布；通过对两层所述金属薄片施加射频电压，使所述微米级通孔内产生等离子体。
优选地，智能AI检测控制部件包括量子点标记检测部件和无线通信模块，其中，所述量子点标记检测部件用于检测病原体，所述量子点标记检测部件通过所述无线通信模块将所述量子点标记检测部件的检测数据发送至终端，以判断环境中病原体的状况，从而有效的调节所述杀菌层的工作频率。
优选地，所述自供能部件包括电容储能层，所述电容储能层用于存储电能；
所述电容储能层设于所述罩体的最外层，所述电容储能层上设有采能器，用于采集外界能量并将其转化为电能；所述电容储能层用以存储所述采集器产生的电能。
优选地，所述采能器包括太阳能采能器、温差采能器、呼吸能采能器以及射频能量采集器中任一种或多种。
优选地，所述罩体包括挥发性灭菌层，所述挥发性灭菌层设置于所述电容储能层的外层。
优选地，所述电容储能层包括两层高介电常数绝缘层和一层纳米金属薄膜储能层，所述纳米金属薄膜储能层夹于两层所述高介电常数绝缘层之间，即所述纳米金属薄膜储能层的一表面与其中一层高介电常数绝缘层的一表面粘结，所述纳米金属薄膜储能层的另一表面与另一层所述高介电常数绝缘层的一表面粘结。
随着NEMS微纳集成制造技术的迅猛发展，将多器件微纳集成以实现高功能密度集成下协同工作，已成为必然趋势。从广言上讲，可视为同根同源，但实际内核技术往往都是颠覆传统原理的技术革命，本发明的技术基石是类集成电路制造，因此，同样遵循集成电路的原则与规律，如集成电路制造的7nm工艺线，是技术、设备、原理、方法的核聚变，而从表面现象来看完全类同。本发明的空化效应的双向灭菌净化口罩设计理念将轻、柔、小、薄与人体工学相结合的，而小则是降低成本的一个有效途径，以集成电路为例，其使用了大量的贵金属如：金等，由于面积的大幅度减小，每块集成电路的制造成本只有几分钱。
与现有技术相比，本发明具有如下至少一种的有益效果：
本发明上述口罩，通过设置进气通道和出气通道，其中，进气通道采用了多道杀菌、灭菌的杀菌层，同时出气通道是依次通过超声波空化片通孔和排气微孔道排出的水汽，首先是经超声波空化片通孔的超声波的空化效应，对口腔和鼻腔呼出的富含在水汽中的致病菌进行灭杀，再由排气微孔道排出到罩体的外部，能实现从源头对病原体进行防控，从而有效的控制病原体携带者向外界传播病原体的路径。
本发明上述口罩，进气通道的杀菌层进一步设有，第一道为185nm梳状激光紫外线光纤杀菌层，第二道为纳米氧化银杀菌层，第一道即第一网状光纤层主要是通过光纤的光导能力，将基于MEMS制造超微型波长为185纳米的第一LED激光光源产生的深紫外光均匀的照射在生长有纳米氧化银的第一玻璃纤维布层上，通过紫外杀菌和纳米氧化银杀菌的共同作用，起到杀菌的作用，通过第一道与第二道的纳米氧化银杀菌层进行有效的组合，能有效的提高纳米氧化银杀菌的消毒灭菌能力；第三道为256nm激光紫外线光纤杀菌层，第四道为纳米二氧化钛消毒灭菌层，第三道与第四道的纳米二氧化钛消毒灭菌层的有效组合，可以提高纳米二氧化钛杀菌和降解有机物的效率；第三道与第四道相结合其功能一是为了消毒，降解空气中有毒有害的有机物(一般有毒有害气体均以有机物的形式存在)；其功能二是为了辅助第二道为纳米氧化银杀菌层进一步灭除有害病菌，降解细菌尸体；即先通过纳米氧化银杀菌层是“杀”，进一步通过纳米二氧化钛消毒灭菌层是“灭”，从而确保进气通道可以实现有效的杀菌、灭菌功能；通过四道灭菌后，最终空气流入柔性网孔隧道式等离子体层，通过微孔低温等离子体在微孔隧道内形成的电离场产生紫外线、负离子、臭氧，对病毒细菌进行灭杀，对进入罩体的空气进行富氧活化，以提高罩体内的氧饱和量。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明一优选实施例的空化效应的双向灭菌净化口罩的结构示意图；
图2是本发明一优选实施例的双向灭菌净化口罩的进气通道、出气通道的灭菌流程图；
图3是本发明一优选实施例的空化效应的双向灭菌净化口罩的进气通道的工作原理示意图；
图4是本发明一优选实施例的空化效应的双向灭菌净化口罩的进气通道结构示意图；
图5是本发明一优选实施例的空化效应的双向灭菌净化口罩的进气通道的截面示意图；
图6是本发明一优选实施例的空化效应的双向灭菌净化口罩的进气通道的网状光纤层的结构示意图；
图7是本发明一优选实施例的空化效应的双向灭菌净化口罩的进气通道的网状光纤层的结构示意图；
图8是本发明一优选实施例的空化效应的双向灭菌净化口罩的进气通道的网孔隧道式等离子体层的结构示意图；
图9是本发明一优选实施例的空化效应的双向灭菌净化口罩的进气通道的网孔隧道式等离子体层的微孔结构分布示意图；
图10是本发明一优选实施例的空化效应的双向灭菌净化口罩的出气通道的结构示意图；
图11是本发明一优选实施例的空化效应的双向灭菌净化口罩的出气通道的结构示意图；
图12是本发明一优选实施例的空化效应的双向灭菌净化口罩的出气通道的结构示意图；
图13是本发明一优选实施例的空化效应的双向灭菌净化口罩的电容储能层的结构示意图；
图14是本发明一优选实施例的空化效应的双向灭菌净化口罩的功能模块连接示意图；
图中标记分别表示为：1为罩体、2为进气通道、3为出气通道、4为无线通信模块、 5为量子点标记检测部件、6为采能器、7为电容储能层、8为挂耳、18为高介电常数绝缘层、19为纳米金属薄膜储能层、20为第一网状光纤层、21为185nm的LED激光紫外光源、22为纳米氧化银杀菌层、23为第一玻璃纤维布层、24为256nm的LED激光紫外光源、25为第二网状光纤层、26为微孔结构、27为纳米二氧化钛消毒灭菌层、28为第二玻璃纤维布层、29为网孔隧道式等离子体层、291为金属薄片、292为绝缘体、30为超声波空化片、31为圆环状压电陶瓷片、32为聚酰亚胺或金属薄片、33为V形通孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
参照图1所示，为本发明一优选实施例空化效应的双向灭菌净化口罩的结构示意图，图中包括罩体1，罩体1的面积能覆盖口腔及鼻腔区域，在罩体1的两端设有用于佩戴的挂耳8；罩体1的形状采用现有构造。
罩体1上靠近口腔、鼻腔区域设有进气通道2和出气通道3，进气通道2、出气通道3贯穿罩体1的厚度方向。进气通道2提供外界空气从罩体1外部向内部流通的通道，进气通道2内设有杀菌层，对进入罩体1内的空气进行杀菌。罩体1设有智能AI检测控制部件，能对环境进行检测并根据检测到的菌落数和空气中污染物指数指标，以通过变频电路调节杀菌层工作频率，通过变频来有效应对不停变化的环境。
上述智能AI检测控制部件的工作机理：是采用变频器原理，通过设置于进气口的MEMS光电二极管对流经罩体空气中颗粒物的检测(颗粒物对光的阻挡率)来调控工作间隙时间，即空气从发射管和接收管中间的槽缝中流过，通过空气对发射管的阻挡率就可以换算出空气被污染的指数。
出气通道3提供从口腔、鼻腔呼出的气体向罩体1外部流通的通道。出气通道3设有超声波空化片30，超声波空化片30对口腔和鼻腔呼出的气体利用超声波空化效应消毒杀菌后，排出到罩体1外。罩体1内呼出的气体经超声波空化片30呼出罩体的外表面与外部空气连通，通过超声波空化片30的超声波的空化效应，对口腔和鼻腔呼出的富含在水汽中的致病菌进行灭杀，灭杀后的水汽通过排气微孔道排出。
罩体1上设有自供能部件，使口罩实现无线自供能方式工作。
在其他部分优选实施例中，结合图10、图11及图12所示，超声波空化片30包括圆环状压电陶瓷片32和聚酰亚胺或金属薄片32，圆环状压电陶瓷片32的底表面与聚酰亚胺或金属薄片32的上表面连接，聚酰亚胺或金属薄片32设有均匀分布的若干V形通孔33，若干V形通孔33贯通聚酰亚胺或金属薄片32的厚度方向，且圆环状压电陶瓷片 32位于V形通孔33的外围。采用V形通孔33结构，有利于气体的排出，能有效阻止外部空气倒灌。
出气通道3采用空化效应消毒杀菌，对口腔和鼻腔呼出的富含在水汽中的致病菌进行灭杀，能从源头对病原体进行防控，有效地控制病原体携带者向外界传播病原体的路径；由于罩体1内空气湿度都在100％，且水蒸气的颗粒均较大，由于存在此现象，在出气通道3的出口侧设置若干V形通孔33，通过V形通孔33将灭菌后的水汽排出，能迅速排出水汽，保持罩体1内部干燥。上述超声波空化片30通孔是基于MEMS集成制造。超声波具有的杀菌效力主要由其产生的空化作用所引起的。超声波处理过程中，当高强度的超声波在液体介质中传播时产生纵波，从而产生交替压缩和膨胀的区域，这些压力改变的区域易引起空穴现象，并在介质中形成微小气泡核。微小气泡核在绝热收缩及崩溃的瞬间，其内部呈现5000℃以上的高温及50000kPa的压力，从而使液体中某些细菌致死，病毒失活，甚至使体积较小的一些微生物的细胞壁破坏。例如R.Davis用超声波对微生物进行杀灭实验，发现某些低浓度的细菌，对超声波是敏感的，如大肠杆菌、巨大芽孢杆菌、绿脓杆菌等可被超声波完全破坏。超声波是指频率大于20kHz的声波，其频率高、波长短，除了具有方向性好、功率大、穿透力强等特点之外，还能引起空化作用和一系列的特殊效应，如机械效应、热效应、化学效应等。
上述实施例的空化效应的双向灭菌净化口罩，具有进、出双向消毒灭菌功能。口罩采用NEMS微纳集成制造技术制造。因此，具有轻、小、柔、可折叠的特点。口罩采用主动式消毒灭菌方式，进气通道2有纳米二氧化钛光催化杀菌、纳米氧化银杀菌、185nm 和256nm激光紫外杀菌。出气通道3采用空化效应消毒杀菌。
上述超声波空化片30是通过陶瓷雾化片的高频谐振，当薄膜在震荡的过程中超声波空化片30的小孔会从最外延逐渐到中心位置规律性的产生垂直于雾化片方向的运动，由此将液体和空气挤压喷射而出，挤压出的液态水分子结构被打散而产生自然飘逸的水雾，不需加热或添加任何化学试剂；与加热雾化方式比较，能源节省了90％；另外在雾化过程中将释放大量的负离子,其与空气中漂浮的烟雾、粉尘等产生静电式反应，使其沉淀，同时还能有效去除甲醛、一氧化碳、细菌等有害物质，使空气得到净化，减少疾病的发生。传统网孔式超声波空化片30的主要结构由环形压电陶瓷、圆心部位有大量微米级小孔的不锈钢金属薄片、焊接在环形压电陶瓷一个电极上的导线和焊接在不锈钢金属薄片上的另外一条导线组成，而基于聚酰亚胺PI柔性网孔式雾化片是将金属薄片替换成PI薄膜，中心部分网孔的打孔工艺完全类同，其柔性网孔是通过PI柔性薄膜与锡膏或粘胶等在和环形压电陶瓷粘合制成，相对于传统金属网孔式超声波空化片30来说基于PI柔性薄膜的网孔式雾化片具有优异的耐腐蚀性能和更大振幅以提高通量。
在一具体实施例中，超声波空化片30制备工艺，包括以下步骤：
S1：将压力热固导电胶膜切割成与环形压电陶瓷相同大小的环形备用；
S2：将压力热固导电胶膜放置在PI柔性薄膜上面，其中PI柔性薄膜由圆形PI薄膜和环形铜箔组成，然后将环形压电陶瓷放置在压力热固导电胶膜上；
S3：将S2中得到的产品的上下两侧均放一张红色硅胶胶垫片，然后放入压力机中，压力机以6～15MPa的压力同时加热至80～150℃将产品压合，并持续100～300秒；
S4：将S3压合好的产品使用激光机对PI柔性薄膜的中心的PI薄膜上均匀打若干微米级小孔；
S5：将S4得到的产品进行通电检测，得到合格产品。
作为一优选方式，S3中压力机的压力为10MPa。压力为10MPa是最佳压力，不会因为压力过大造成压坏的情况，也不会因为压力过小出现压不紧的情况。
作为一优选方式，S3中压力机的加热温度为125℃。加热温度125℃最佳，不会因为温度过高造成压力热固导电胶膜熔化过量，也不会出现温度过低，达不到粘接的目的。
作为一优选方式，S3中中压力机持续时间为200秒。持续压力时间的最佳为200秒，避免出现时间过长导致超声波空化片30损坏，同时也不会出现压制时间短，压不紧的情况。
作为一优选方式，S4中微米级小孔为圆锥形台结构，这样的设计，可以使得液体越往PI柔性薄膜的上表面运动所受到的挤压力越大，液体也越容易通过PI柔性薄膜上的微米级小孔4，从而容易形成水雾。
作为一优选方式，S微米级小孔上部的直径尺寸为2μm～8μm、下部的直径尺寸为50μm～60μm，微米级小孔的孔径可以直接影响V形单向阀结构的功效，这样的尺寸设计，同时可以使得空化效果较佳。
在其他部分优选实施例中，结合图3、图4、图5所示，进气通道2由外到内依次设置第一网状光纤层20、第一玻璃纤维布层23、纳米氧化银杀菌层22、第二网状光纤层25、第二玻璃纤维布层28、纳米二氧化钛消毒灭菌层27；其中，纳米氧化银杀菌层 22涂覆于第一玻璃纤维布层23的内表面上，纳米二氧化钛消毒灭菌层27涂覆于第二玻璃纤维布层28的内表面上。
参照图2、图3所示，将185nm的LED激光紫外光源21由侧面导入由光纤编织的第一网状光纤层20，形成185nm梳状激光紫外线光纤杀菌层，由第一网状光纤层20射出的紫外光线进入第一玻璃纤维布中均匀弥散，以杀灭空气中的各类病毒与细菌，最后与涂敷在第一玻璃纤维布表面纳米氧化银杀菌层22进行光催化，达到进一步消毒灭菌的目的；将 256nm的LED激光紫外光源24由侧面导入由光纤编织的第二网状光纤层25，形成256nm激光紫外线光纤杀菌层，由第二网状光纤层25射出的紫外光线再进入第二玻璃纤维布中均匀弥散，以杀灭空气中的各类病毒与细菌，最后与涂敷在第二玻璃纤维布表面纳米二氧化钛进行光催化，达到进一步消毒灭菌的目的。185nm梳状激光紫外线光纤杀菌层、纳米氧化银杀菌层、256nm激光紫外线光纤杀菌层以及纳米二氧化钛光催化杀菌层，从而形成四道杀菌结构；通过第一道185nm梳状激光紫外线光纤杀菌层和第二道纳米氧化银杀菌层进行有效的组合，由于185nm紫外杀菌能有效的提高纳米氧化银杀菌的消毒灭菌能力。通过第三道256nm激光紫外线光纤杀菌层和第四道纳米二氧化钛消毒灭菌层27进行有效的组合，以提高纳米二氧化钛杀菌和降解有机物的效率；同时，考虑到紫外线对皮肤有伤害，因此，在185nm梳状激光紫外线光纤杀菌层的内侧面加了涂覆有纳米氧化银杀菌层22的第一玻璃纤维布，且纳米氧化银杀菌层22位于第一玻璃纤维布的内侧面；在256nm激光紫外线光纤杀菌层的内侧面加了涂覆有纳米二氧化钛消毒灭菌层27的第二玻璃纤维布，且纳米二氧化钛消毒灭菌层27位于第二玻璃纤维布的内侧面，起到双重功能防护层。这里内侧是指靠近口罩佩戴者一侧。上述185nm、256nm的LED激光紫外光源可以采用低功耗LED光源，体积非常小，可以由口罩本体自带。
参照图6、图7所示，第一网状光纤层20、第二网状光纤层25采用交织两根光纤交织编织网状的结构，尤其是将第一网状光纤层20设置在进气通道2的最外层既能有效阻挡较大颗粒物，同时又能有效的杀灭病毒与细菌，形成进气通道2的第一道防护体系。
上述空化效应的双向灭菌净化口罩通过UV-LIAG工艺与多元集成MEMS工艺加工制备而成，具体可以采用以下步骤制备：
S1：通过soildworks等绘图软件设计多元集成的多层框架结构，通过CAD绘制功能部件的机构图，并在每个掩膜版上制作出对准符号，用以不同结构模具采用原位制造时上下对准用，然后将图形用光刻蚀制作出每层独立的微米级及以下线宽的、依附于基板(如：石英、玻璃等)上的Cr薄膜图形版；
S2：根据制作的要求选择适合的基底(如：玻璃纤维、石英等)作为衬底，制备一层与基板和光敏高分子材料均有良好粘结效果的粘结层，在粘结层上喷涂一层均厚的光敏高分子材料，将喷涂上去的液状光敏高分子材料，烘干成固体；
S3：将制作好的Cr薄膜图形版面对面紧压在已固化的光敏高分子材料上，然后采用紫外光源，对Cr薄膜没有阻挡的光敏高分子材料进行光化学反应，得到光敏高分子材料基板；
S4：将光敏高分子材料基板放入化学试剂，溶解掉需要去除的部分，从而形成所需三维微结构；
S5：用溅射、蒸镀、电化学微电铸等方法依次逐层制备出所需要的三维功能结构层；
S6：利用原位制造技术，将预先在Cr薄膜图形版上画好的对准符号对准下一个图形，重复S2-S5步骤一层一层的叠加，制作出基于多元集成的185nm梳状激光紫外线光纤杀菌层、纳米氧化银杀菌层、256nm激光紫外线光纤杀菌层、纳米二氧化钛光催化杀菌层、等离子体灭菌层一体化结构；及空化效应消毒杀菌的排气功能结构层。
在其他部分优选实施例中，纳米氧化银杀菌层是由纳米氧化银溅射或蒸镀在第一玻璃纤维布的一面形成，纳米二氧化钛杀菌层是由纳米二氧化钛溅射或蒸镀在第二玻璃纤维布的一面形成。玻璃纤维布具有光导作用，因此，紫外线将均匀的分布在每一根纤维内，且能提供均匀的光导分布，而另一面由于有纳米二氧化钛层、纳米氧化银的阻挡，使紫外线将不易外漏。同时，玻璃纤维布的结构还能起到阻挡颗粒物的作用。
参照图4、图5所示，在进气通道2的最内层即在纳米二氧化钛消毒灭菌层27的内侧设有网孔隧道式等离子体层29。网孔隧道式等离子体层29通过MEMS工艺制备，采用 MEMS制备微尺度等离子体结构，使得等离子体放电可以在大气常压低电压低频的条件下工作，产生等离子体对人体没有伤害，将其用在口罩上安全可靠。参照图8所示，网孔隧道式等离子体层29包括两层金属薄片291和绝缘体292，将绝缘体292夹在两层金属薄片291之间形成一体结构。绝缘体292采用柔性材料，上下两层的金属薄片291可以用蒸镀或溅射的方法，制备在柔性绝缘层的两面。作为一优选方式，金属薄片的材料可以采用但不限于铜、镍、铂金、钨、铼中任一种。绝缘体的材料可以采用云母或陶瓷。
参照图9所示，在一体结构上设有贯通其厚度的若干均匀分布的微米级通孔形成微孔结构26。若干微米级通孔垂直罩体1平面分布，能形成直径从几十微米到几百微米不等的孔。通过对两层金属薄片291施加射频电压，使微米级通孔内产生等离子体。在具体实施时，网孔隧道式等离子体层29的两层金属薄片291裸露部分会涂敷硅胶或聚酰亚胺进行安全保护。参照图5所示，在进气通道2的出口(即在纳米二氧化钛光催化杀菌层的内层)形成若干均匀分布的微米级通孔，从而形成了进气通道的第5道防护层，进一步对进气进行杀菌处理。在具体实施时，当把射频直流或高频交流电源接入系统时，两层金属薄片电极之间会产生等离子体，其放电情况与孔径大小、电极间距、气压以及电流大小有关。当工作在高气压环境下且孔径很小时，只需较低的电压便可维持两电极之间产生稳定的放电，得到气体温度和电子密度都较高的等离子体。
网孔隧道式等离子体层29不同于传统针尖状的等离子体放电，本实施例中采用MEMS方法制作的低压等离子体无需繁、重的升压电路，且功耗很小，基于MEMS集成制造的低压等离子体采用密布于垂直平面的微米级通孔结构，微孔结构26电极放电能在常压和低功耗的工作环境下产生等离子体。通过对平面两侧的金属电极施加射频电压，在微孔内产生等离子体，由于采用MEMS制造方法和微尺度效应，产生的等离子体非常均匀，而且微孔结构26将有效阻挡大颗粒物质，同时还有效的利用了孔道长度产生隧道效应。
在其他部分优选实施例中，参照图1所示，智能AI检测控制部件包括量子点标记检测部件和无线通信模块4，通过无线通信模块4将量子点标记检测部件的检测数据发送至终端的智能AI分析系统，以判断环境中病原体的状况，从而有效的调节杀菌的工作频率。作为一优选方式，可以通过5G无线通信和人工智能以实现空气中各类病原体的检测。将量子点标记检测部件采用粘合或缝合方式固定在口罩的最外层，用于检测病原体。病原体一般包括病毒、衣原体、立克次体、支原体、细菌、螺旋体和真菌，不包括寄生虫。
量子点标记检测部件5采用MEMS方法制作。量子点标记检测部件5是采用静电吸引原理，当正电荷氢核遇到另一个电负性强的原子时，产生静电吸引。采用巯基乙酸修饰的量子点表面带负电，与带正电的蛋白质表面区域可通过静电吸引连接起来，而不需要其他试剂。当量子点被光脉冲照射的时候会产生各种各样的颜色，不太高级的光学显微镜就可以观察到这种彩色光，因此只要用一颗普通的手机摄像头，置于量子点标记测试的底部，通过AI进行颜色分辨就能实现。
在其他部分优选实施例中，罩体1的外表面设置中央处理器、信息存储卡以及电源管理部件，其中，参照图14所示，中央处理器的输入端分别与消毒灭菌模块(185纳米紫外功能模块+256纳米氧化银消毒模块)、等离子体功能模块、空化效应模块、病原体检测模块连接，以及与罩体的储能层、采集器连接，对空气与病毒检测模块采集到的信息进行分析后，对消毒灭菌模块进行程序化操作，同时将采集到的信息通过无线传输传递给多功能信息交互平台，多功能信息交互平台与人工智能服务终端交互。信息存储卡与中央处理器和病原体检测模块连接，用于存储检测数据信息；电源管理部件与口罩上所有的有源器件连接，用于合理分配电力资源，延长电池的续航能力。上述消毒模块对应进气通道2的四道杀菌层；等离子体功能模块对应于进气通道2的网孔隧道式等离子体层29；空化效应模块对应于出气通道3；病原体检测模块对于量子点标记检测部件5。
在其他部分优选实施例中，参照图1、图14所示，为了实现口罩自供能模式运行，罩体1设有电容储能层7，电容储能层7能储备电能，从而为上述中央处理器、信息存储卡以及电源管理部件等部件的运行提供电能。在电容储能层7上设有采能器6，用于采集外界能量并将其转化为电能。作为一优选方式，采能器6可以包括太阳能采能器、温差采能器、呼吸能采能器以及射频能量采集器中任一种或多种。电容储能层7能存储由太阳能采能器、温差采能器、呼吸能采能器、射频能量采集器收集的电能。本实施例中的太阳能采能器、温差采能器、呼吸能采能器以及射频能量采集器为市售产品。
太阳能采能器用于采集太阳能并将太阳能转化为电能。太阳能采能器可以采用太阳能电池、薄膜太阳电池、太阳电池片或柔性衬底薄膜太阳电池的市售产品实现其功能。作为一优选实施例，太阳能采能器选用太阳能电池。将太阳能电池用在口罩上其优点是体积小、寿命长，不会引起环境污染；且与其他电池相比其成本低、转化率高，对人体的危害较小。
太阳能采能器采用光—电直接转换方式，该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。
温差采集器利用罩体1内外温度差产生电能。温度采集器可以温差电池，该温差电池为市售产品。温差电池的性能可靠，维修少，并可在极端恶劣环境下长时间工作。
温差电池的工作原理是，将两种不同类型的热电转换材料N型和P型半导体的一端结合并将其置于高温状态，另一端开路并给以低温时，由于高温端的热激发作用较强，空穴和电子浓度也比低温端高，在这种载流子浓度梯度的驱动下，空穴和电子向低温端扩散，从而在低温开路端形成电势差；如果将许多对P型和N型热电转换材料连接起来组成模块，就可得到足够高的电压,形成一个温差发电机。例如，目前来自德国慕尼黑的一家芯片研发企业研究出的一种新型电池，主要由一个可感应温差的硅芯片构成。当这种特殊的硅芯片正面“感受”到的温度较之背面温度具有一定温差时，其内部电子就会产生定向流动，从而产生微电流。这种电池“只要在人体皮肤与衣服等之间有5℃的温差，就可以利用这种电池为一块普通的腕表提供足够的能量”。
呼吸能采能器是利用外界振动克服极板电容间的静电力，将机械能转换为电能的装置。在工作过程中，电容极板间的电压恒定的，当电容极板运动时，电容量发生变化，这样就引起电容极板上面的电荷量发生变化，即生成电流。例如：加利福利亚大学伯克利分校的Shad.Roundy等人设计了一种静电式能量采集装置，当改变叉指的结构尺寸时，都会产生输出电流。静电式能量采集装置与MEMS工艺有很好的兼容性，更容易实现微型化，但是需要额外的初始极化电压或者电荷。以及例如中国台湾交通大学的Y Chiu和V F GTseng设计并搭建了一种静电式振动能到电能的换能器，并进行了实验测试。该换能器通过增加一个外部质量块来调节装置的谐振频率。在具备外部质量块条件下，外部电源为3.6V，振动加速度为2.25m/s2时，装置的输出功率为31pW。在无外部质量块，在振动加速度为32.5m/s2，谐振频率为1870Hz，输出接5MΩ电阻时，输出交流功率为1.2uW。
射频能量采集器，射频能量采集器是一种远程隔空无线能量传输的方式，采用扫频电路锁定最高效的共振频率，随后通过共振采集能量。
射频能量采集器像天线接收信号的正常过程一样。来源(可以是任何设备或电子设备)电路传输射频信号，而具有内置能量转换电路的应用电路接收射频，射频随后在天线的整个长度上引起电势差，并产生电荷载流子通过天线的运动。电荷载流子移至RF 到DC转换电路，即，电荷现在使用临时存储在电容器中的电路转换为DC电流。然后使用功率调节电路，将能量放大或转换为负载所需的电势值。
射频能量采集器的天线接收的RF信号具有正弦波形即是交流信号，需要转换为直流信号，使用电压倍增器将交流电转换为直流电，将其转移到电源管理电路即电力储能单元，该电路使用电容器或电池进行存储，并在需要时将其提供给负载。
上述设置于罩体上的太阳能采能器、温差采集器、呼吸能采能器以及射频能量采集器均采用防水防震设计，可以在极端环境中使用。
在其他部分优选实施例中，参照图13所示，电容储能层7包括两层高介电常数绝缘层18和一层纳米金属薄膜储能层19，纳米金属薄膜储能层19夹于两层高介电常数绝缘层18之间，即纳米金属薄膜储能层19的一表面与其中一层高介电常数绝缘层18的一表面粘结，纳米金属薄膜储能层19的另一表面与另一层高介电常数绝缘层18的一表面粘结。通过设置电容储能层7，能使口罩以自供能模式下运行，实现长时间的续航能力，在使用过程更加的环保节能。
在其他部分优选实施例中，罩体1还包括挥发性灭菌层，挥发性灭菌层设置于电容储能层7的外层。作为一优选实施例该挥发性灭菌层可以采用二氧化氯制成。在口罩的最外层设置含有二氧化氯的挥发性灭菌层，可以杀灭一切微生物,包括细菌繁殖体、分支杆菌,尤其对甲肝、乙肝、伤寒、脊髓灰质、大肠杆菌及艾滋病毒有良好的杀灭和抑制效果。除此之外，该挥发性灭菌层还有除臭功能，能与异味物质(如H2S、-SOH、-NH2等)发生脱水反应并使异味物质迅速氧化转化为其他物质。
采用含有二氧化氯的挥发性灭菌层,与采用其他具有杀菌消毒效果的材料相比，在相同时间内达到同样杀菌效果所含有的二氧化氯量是最低的,它对细胞壁有较强的吸附能力,能有效地氧化细胞内含巯基的酶,从而抑制微生物蛋白质的合成来破坏微生物。经口毒性试验表明,二氧化氯属无毒品,积累性试验结论为弱蓄积性物质,使用非常安全。
上述实施例所述的口罩，主要用于传染病疫情重灾区和被生化武器污染的区域，其采用了MEMS规模化生产制造工艺，在规模化生产的情况下，成本会非常低廉，而且可以根据情况随机组合，以降低成本，提高效用。上述口罩可以长时间的使用，口罩的罩体可以更换，设置于罩体上的电子器件可以反复使用。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种AI空化效应的双向灭菌净化口罩，其特征在于：包括罩体，所述罩体上设有进气通道和出气通道，所述进气通道用于外界空气从所述罩体外部向内部流通，所述出气通道用于所述罩体内的气体向外部流通；其中，
所述进气通道内设有杀菌层，用于对进入所述罩体的空气进行杀菌；
所述罩体设有智能AI检测控制部件，能对环境进行检测并根据检测到的菌落数和空气的中的污染物指数指标，调节所述杀菌层工作频率，通过变频来有效应对不停变化的环境；
所述出气通道设有超声波空化片，口腔和鼻腔呼出的气体经所述超声波空化片的超声波空化效应消毒杀菌后，排出到所述罩体外；
所述罩体上设有自供能部件，使口罩实现无线自供能。
2.根据权利要求1所述的AI空化效应的双向灭菌净化口罩，其特征在于：所述超声波空化片包括圆环状压电陶瓷片和聚酰亚胺或金属薄片，所述圆环状压电陶瓷片的底表面与所述聚酰亚胺或金属薄片的上表面连接，所述聚酰亚胺或金属薄片设有均匀分布的若干V形通孔，所述若干V形通孔贯通所述聚酰亚胺或金属薄片的厚度方向，且所述圆环状压电陶瓷片位于所述V形通孔的外围。
3.根据权利要求1所述的AI空化效应的双向灭菌净化口罩，其特征在于：所述进气通道由外到内依次设置第一网状光纤层、第一玻璃纤维布层、纳米氧化银杀菌层、第二网状光纤层、第二玻璃纤维布层、纳米二氧化钛消毒灭菌层以及网孔隧道式等离子体层，其中，
所述纳米氧化银杀菌层涂覆于所述第一玻璃纤维布层的内表面上，所述纳米氧化银杀菌层利用纳米氧化银消毒灭菌；
所述第一网状光纤层利用光纤的光导能力，将第一LED激光光源发出的波长为185纳米的深紫外光均匀地照射在设有纳米氧化银杀菌层的所述第一玻璃纤维布层上，通过紫外杀菌和纳米氧化银杀菌的共同作用，起到杀菌的作用；
所述纳米二氧化钛消毒灭菌层涂覆于所述第二玻璃纤维布层的内表面上，所述纳米二氧化钛消毒灭菌层利用纳米二氧化钛光催化杀菌和降解有机物；所述网孔隧道式等离子体层用于产生紫外线、负离子及臭氧，用于以对进入微孔隧道内的病毒细菌进行灭杀，对进入所述罩体的空气进行富氧活化，以提高罩体内的氧饱和量。
所述第二网状光纤层利用光纤的光导能力，将所述第二LED激光光源发出的波长为256纳米的紫外光均匀地照射在设有纳米二氧化钛消毒灭菌层的第二玻璃纤维布层上，通过紫外杀菌和纳米二氧化钛对空气中有毒有害物质和细菌尸体降解，起到消毒灭菌的作用。
4.根据权利要求3所述的AI空化效应的双向灭菌净化口罩，其特征在于：所述纳米氧化银杀菌层是由纳米氧化银溅射或蒸镀在所述第一玻璃纤维布的一面形成；所述纳米二氧化钛杀菌层是由纳米二氧化钛溅射或蒸镀在所述第二玻璃纤维布的一面形成。
5.根据权利要求3所述的AI空化效应的双向灭菌净化口罩，其特征在于：所述网孔隧道式等离子体层包括两层金属薄片和绝缘体，所述绝缘体夹在两层所述金属薄片之间形成一体结构，所述一体结构设有贯通其厚度的若干微米级通孔，且所述若干微米级通孔垂直所述罩体平面分布；通过对两层所述金属薄片施加射频电压，使所述微米级通孔内产生等离子体。
6.根据权利要求1-5任一项所述的AI空化效应的双向灭菌净化口罩，其特征在于：智能AI检测控制部件包括量子点标记检测部件和无线通信模块，其中，所述量子点标记检测部件用于检测病原体，所述量子点标记检测部件通过所述无线通信模块将所述量子点标记检测部件的检测数据发送至终端，以判断环境中病原体的状况，从而有效的调节所述杀菌层的工作频率。
7.根据权利要求1-5任一项所述的AI空化效应的双向灭菌净化口罩，其特征在于：所述自供能部件包括电容储能层，所述电容储能层用于存储电能；
所述电容储能层设于所述罩体的最外层，所述电容储能层上设有采能器，所述用于采集外界能量并将其转化为电能，所述电容储能层用以存储所述采能器产生的电能。
8.根据权利要求7所述的AI空化效应的双向灭菌净化口罩，其特征在于：
所述采能器包括太阳能采能器、温差采能器、呼吸能采能器以及射频能量采集器中任一种或多种。
9.根据权利要求7所述的AI空化效应的双向灭菌净化口罩，其特征在于：所述罩体包括挥发性灭菌层，所述挥发性灭菌层设置于所述电容储能层的外层。
10.根据权利要求7所述的AI空化效应的双向灭菌净化口罩，其特征在于：所述电容储能层包括两层高介电常数绝缘层和一层纳米金属薄膜储能层，所述纳米金属薄膜储能层夹于所述两层高介电常数绝缘层之间，即所述纳米金属薄膜储能层的一表面与其中一层高介电常数绝缘层的一表面粘结，所述纳米金属薄膜储能层的另一表面与另一层所述高介电常数绝缘层的一表面粘结。
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