CN115143561A - 一种基于lspr效应的加湿装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于LSPR效应的加湿装置，包括：透明水箱、至少一个固定件和至少一个基板；透明水箱，顶部开设有至少一个出汽口；固定件，固定设置在透明水箱的内底部上，与基板的边沿固定连接；基板，竖立设置，表面覆盖有SiO2/Al核壳结构薄膜。本发明基于局域表面等离子激元共振效应的SiO2/Al核壳结构薄膜可以在吸收光能后在其结构附近产生热效应，从而使薄膜附近的液体水快速升温，实现液体水汽化从出汽口溢出从而达到增加周围环境加湿的效果，加湿装置在工作过程中，无其他辐射，功耗低且环保，具有静音工作的效果，还能够抑制了透明水箱内细菌的产生。
Description
技术领域
本发明属于加湿器技术领域，具体涉及一种基于LSPR效应的加湿装置。
背景技术
目前市面上的加湿器工作原理一般分为三类，分别是超声波加湿器，纯净型加湿器和电热式加湿器。其中，超声波加湿器是最为常见的种类，是通过超声波的方式将水雾化，然后再通过风机将物化的水汽吹出壳体，从而达到加湿空气的效果。但是，以上几种加湿器带来的问题也是显而易见的，超声波是一种波长极短的机械波，可能会造成人类机体的若干反应，引起组织细胞产生摩擦，可能对孕妇或幼儿造成伤害，而且，上述的几种加湿器产生的噪音较大，并且电能的消耗较大。此外，水箱内部常常因为环境潮湿，造成细菌等污染物的产生，对产生的水雾造成二次污染。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于LSPR效应的加湿装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种基于LSPR效应的加湿装置，包括：透明水箱、至少一个固定件和至少一个基板；
所述透明水箱，顶部开设有至少一个出汽口；
所述固定件，固定设置在所述透明水箱的内底部上，与所述基板的边沿固定连接；
所述基板，竖立设置，表面覆盖有SiO2/Al核壳结构薄膜。
在本发明的一个实施例中，所述固定件的数量为两个，所述基板的数量与所述固定件的数量相同；
所述两个基板关于所述透明水箱的底部的中心对称设置。
在本发明的一个实施例中，所述固定件的数量为至少三个，所述基板的数量与所述固定件的数量相同；
多个所述基板沿所述透明水箱的周向方向依次间隔设置。
在本发明的一个实施例中，所述固定件上开设有卡槽，所述基板的边沿与所述卡槽插接。
在本发明的一个实施例中，所述透明水箱为圆柱体结构。
在本发明的一个实施例中，还包括：压力传感器、水位报警器和控制器；
所述压力传感器，固定设置在所述透明水箱的内底部上；
所述控制器，固定设置在所述透明水箱的外壁上，与所述水位报警器和所述压力传感器电连接；
所述水位报警器，固定设置在所述透明水箱的外壁上。
在本发明的一个实施例中，所述基板采用不锈钢材料。
在本发明的一个实施例中，所述基板与所述透明水箱的底部垂直。
在本发明的一个实施例中，所述出汽口的数量为多个，多个出汽口均匀分布在所述透明水箱的顶部上。
本发明的有益效果：
1、本发明通过SiO2/Al核壳结构薄膜可以在吸收光能后产生局域表面等离子激元共振(localized Surface Plasmon Resonance，LSPR)现象，因此，SiO2/Al核壳结构薄膜可以在吸收光能后在其结构附近产生热效应，从而使薄膜附近的液体水快速升温，实现液体水汽化从出汽口溢出从而达到增加周围环境加湿的效果，加湿装置在工作过程中，通过对太阳光能的充分利用实现的液体水汽化，不会产生其他辐射。
2、金属的LSPR反应迅速，加湿装置高效利用可见光，避免产生任何其他附加污染和功耗，功耗低且环保。
3、利用SiO2/Al核壳结构薄膜吸收光能后自身升温产生水汽的方式，加湿过程中不会产生其他噪音，具有静音工作的效果。
4、太阳光照射到透明水箱的内部，在完成加湿过程的同时，也利用太阳光对透明水箱内部进行了杀菌消毒，抑制了透明水箱内细菌的产生。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的透明水箱的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种基于LSPR效应的加湿装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的加湿原理示意图；
图4本发明实施例提供的另一种基板位置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
如图1、图2和图3所示，一种基于LSPR效应的加湿装置，包括：透明水箱10、至少一个固定件30和至少一个基板40。透明水箱10的顶部开设有至少一个出汽口20。固定件30固定设置在透明水箱10的内底部上，固定件30与基板40的边沿固定连接。基板40竖立设置，基板40的表面覆盖有SiO2/Al核壳结构薄膜。
需要说明的是，在外界光照条件下，金属中的纳米粒子中的自由电子会发生集体震荡，产生局域表面等离子激元共振。这种集体震荡会导致强烈的光学吸收，并在金属纳米粒子附近产生大量的热，同时由于金、银、铝等金属的震荡频率位于可见光区，能充分的利用太阳能量。其中，金属铝由于现有存储量大，成本低廉，容易获得而备受关注。这种局域化热效应能通过提升Al纳米粒子附近的温度，引起其附近的液体水汽化，从而溢出液体，实现增加外界空气湿度的功能。
提升金属Al的工作时间和稳定性的有效方式是通过另一种具有稳定化学性质的半导体进行包裹。因此，选用SiO2作为包裹材料是目前研究中最为常见的选项。另外，SiO2作为目前最常见的半导体，在实验中已经实现了SiO2对Al纳米粒子的包裹。通过这种SiO2/Al的核壳结构，不仅能大幅度提升对于太阳光的吸收效率。同时还能利用SiO2的稳定性保护包裹在其中的Al纳米粒子长期稳定的发生作用。
由于发生吸收作用的都是纳米粒子，能产生的局域化热量范围较小，进一步选择核壳结构的薄膜来提升反应面积，提高产生水雾的效率。
本实施例中，通过可见光透过透明水箱10照射在基板40上的SiO2/Al核壳结构薄膜上，从而发生LSPR反应产生热效应使周围的液体水受热汽化，汽化的水蒸气溢出出汽口20，对周围的空间产生加湿效果。加湿过程中不会产生噪音和其他辐射，而且充分利用光能进行加湿，能耗低且环保。太阳光照射到透明水箱10的内部，在完成加湿过程的同时，也利用太阳光对透明水箱10内部进行了杀菌消毒，抑制了透明水箱10内细菌的产生。其中，透明水箱10中加入液体水，基板40竖立设置，基板40表面的SiO2/Al核壳结构薄膜能够与周围的液体水接触面积较大，能够产生充分的水蒸气，提升加湿效果。
在一个实施例中，固定件30的数量为两个，基板40的数量与固定件30的数量相同。两个基板40关于透明水箱10的底部的中心对称设置。相应地，固定件30关于透明水箱10的底部的中心对称设置。
在一个实施例中，如图4所示，固定件30的数量为至少三个，基板40的数量与固定件30的数量相同；多个基板40沿透明水箱10的周向方向依次间隔设置。相应地，固定件30沿透明水箱10的周向方向依次间隔设置，以使多个基板40对透明水箱10的中心形成包围结构，减小了基板40相互之间的阻挡面，基板40的表面能够最大化被可见光照射，能够提升LSPR反应效率，进一步提升加湿效果。其中，基板40的所有表面均覆盖有SiO2/Al核壳结构薄膜。
进一步地，固定件30上开设有卡槽，基板40的边沿与卡槽插接。基板40的一个边插入卡槽以进行固定，因此，基板40拆装便捷，便于安装和后期更换维护。
优选地，基板40与透明水箱10的底部垂直，进一步增大了液体水和基板40表面的SiO2/Al核壳结构薄膜的接触面积。
进一步地，透明水箱10可以为任意形状，优选地，透明水箱10为圆柱体结构。其中，透明水箱10可以采用透明塑料材质。基板40可以采用不锈钢材料。透明水箱10的底面直径为30cm，高40cm。卡槽高2cm，长10cm，宽0.2cm。基板40的高度小于透明水箱10的高度，基板40厚0.2cm，高15cm，宽10cm。
优选地，出汽口20的数量为多个，多个出汽口20均匀分布在透明水箱10的顶部上。
进一步地，基于LSPR效应的加湿装置还包括：压力传感器50、水位报警器和控制器。压力传感器50固定设置在透明水箱10的内底部上。控制器固定设置在透明水箱10的外壁上，控制器与水位报警器和压力传感器50电连接。水位报警器固定设置在透明水箱10的外壁上。本实施例中，通过透明水箱10内部的液体对压力传感器50压力的变化进行液面报警。具体地，当压力传感器50检测到液体水的压力小于预设值时，则说明透明水箱10内的液面高度过低，需要进行补液，压力传感器50向控制器发送检测信号，控制器判断检测压力值小于预设值时向水位报警器发送工作信号，水位报警器发出提示警报，提醒使用者进行补液。
在一个实施例中，对于金属Al纳米粒子的光吸收能力已经有了比较广泛的研究，其中彭浩程等人的团队就研究了Al纳米颗粒尺寸对LSPR性能的影响，并发现当铝纳米颗粒的直径为100-150nm范围时，其吸收峰位于波长400-700nm的可见光范围内。在黄茂辉的研究中，则利用电组装法实现了SiO2/Al的核壳结构的生成和尺寸调控。进一步对，张良苗等人发展了溶剂热合成的方法，实现了Al纳米粒子的廉价制造。从以上分析可以看出，在现有研究中，SiO2/Al核壳结构薄膜是制作成本较低。
具体地，在制备具有SiO2/Al核壳结构薄膜的基板40的制备过程如下：
1、利用AlCl3溶液，通过加入适当的NaOH溶液，并加入适量的蒸馏水，调节溶液中的总铝浓度。
2、加入NaSO4溶液，静置熟化，用滤膜过滤，得到AlSO3盐，常温干燥.
3、将AlSO3盐融于蒸馏水，再加入BaNO32溶液，搅拌后，滤膜过滤，得到Al溶液。
4、将SiO2分批加入无水乙醇中，使用超声分散。
5、称取一定量的超声分散液，磁力搅拌的同时，向超声分散液中缓慢滴加Al溶液，滴加完毕后，继续搅拌将离心分离后所得固体冷冻干燥，即得SiO2/Al核壳结构复合材料粉末。
6、将抛光的不锈钢基板40在超声中清洗时间不小于10min，烘干温度不小于100℃，烘干时间不小于5min。
7、将步骤5中产生的核壳结构复合材料粉末，在Ar气溅射气氛下，在室温下进行溅射，在旋转的基板40上沉积SiO2/Al核壳结构粉末，形成SiO2/Al核壳结构薄膜。
基于LSPR的加湿装置具有材料安全、成本低廉的特性，本发明中所使用的材料SiO2和Al均对人体无害，且制造成本低廉。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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”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”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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于LSPR效应的加湿装置，其特征在于，包括：透明水箱(10)、至少一个固定件(30)和至少一个基板(40)；
所述透明水箱(10)，顶部开设有至少一个出汽口(20)；
所述固定件(30)，固定设置在所述透明水箱(10)的内底部上，与所述基板(40)的边沿固定连接；
所述基板(40)，竖立设置，表面覆盖有SiO2/Al核壳结构薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种基于LSPR效应的加湿装置，其特征在于，所述固定件(30)的数量为两个，所述基板(40)的数量与所述固定件(30)的数量相同；
所述两个基板(40)关于所述透明水箱(10)的底部的中心对称设置。
3.根据权利要求1所述的一种基于LSPR效应的加湿装置，其特征在于，所述固定件(30)的数量为至少三个，所述基板(40)的数量与所述固定件(30)的数量相同；
多个所述基板(40)沿所述透明水箱(10)的周向方向依次间隔设置。
4.根据权利要求1所述的一种基于LSPR效应的加湿装置，其特征在于，所述固定件(30)上开设有卡槽，所述基板(40)的边沿与所述卡槽插接。
5.根据权利要求1所述的一种基于LSPR效应的加湿装置，其特征在于，所述透明水箱(10)为圆柱体结构。
6.根据权利要求5所述的一种基于LSPR效应的加湿装置，其特征在于，还包括：压力传感器(50)、水位报警器和控制器；
所述压力传感器(50)，固定设置在所述透明水箱(10)的内底部上；
所述控制器，固定设置在所述透明水箱(10)的外壁上，与所述水位报警器和所述压力传感器(50)电连接；
所述水位报警器，固定设置在所述透明水箱(10)的外壁上。
7.根据权利要求1所述的一种基于LSPR效应的加湿装置，其特征在于，所述基板(40)采用不锈钢材料。
8.根据权利要求1所述的一种基于LSPR效应的加湿装置，其特征在于，所述基板(40)与所述透明水箱(10)的底部垂直。
9.根据权利要求1所述的一种基于LSPR效应的加湿装置，其特征在于，所述出汽口(20)的数量为多个，多个出汽口(20)均匀分布在所述透明水箱(10)的顶部上。
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- 2022-05-19 CN CN202210546966.XA patent/CN115143561A/zh active Pending
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