CN1968743A - 面发光器件、使用它的过滤器、光学辅助型陶瓷过滤器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种面发光器件，其在不使用如紫外灯、紫外LED或其他这类外界紫外线光源时就可有效地进行催化反应，甚至在用外界光源不能处理的高度UV吸收性污染流体的情况下也是如此。另一个目的是提供一种陶瓷过滤器，其可以较低成本容易地制造，并提供有光催化剂，而且具有分解有机物或用于杀灭细菌和病毒的功能。本发明提供一种具有面发光体的面发光器件，所述面发光体具有通过电致发光发射可见光或紫外光的功能，以及具有在垂直于面发光体表面方向上，作为流体通道形成的多个通孔。本发明也提供一种光学辅助型陶瓷过滤器，其由具有多个通道的陶瓷过滤器，和置于陶瓷过滤器侧面上的光催化层与面发光体组成。
Description
[技术领域]
本发明涉及一种面发光器件，其基于使用具有发射可见光或紫外光功能的面发光体，激发光催化剂，并分解有害物质或消毒；本发明还涉及使用该器件得到的过滤设备；和光学辅助型陶瓷过滤器。
[背景技术]
在使用光催化剂的常规空气净化器及其他这类有机分解装置中，用从汞灯等发出的紫外光辐照多孔物质负载的TiO2或其他光催化材料，并激发光催化剂。然而，汞灯必须与物质分离地放置。因此，当例如包括空气净化器时，整个装置变得很大。
通过面发光体作为光源激发光催化剂的方法已经被公开(见专利参考文献1)。在该方法中，发射紫外光或短波长可见光的有机EL发光片被用作光源，以激发光催化剂。例如，堆叠两个片，该两个片之间的流体中的有害组分通过光催化作用被分解并除去。然而，为了用该结构处置大量的流体，片的层数必须增加，而且必须制造很多通道，因而装置本身变得非常地大。
最近对于具有高耐热性、高强度和强渗透性的陶瓷过滤器的需求日益增加。这些陶瓷过滤器被用于食品和化学行业。过去有机薄膜已经用于这些行业，但是陶瓷具有极好的耐热性、耐压性、耐化学性和较高的功能性，这些性能是有机膜所没有的，并且陶瓷正在取代有机薄膜。此外，陶瓷过滤器被用作催化剂载体，微生物的培养载体和其他的这类生物反应器等。
通常使用的陶瓷过滤器具有莲藕状的截面，其中多个通道垂直于截面，且过滤层在通道的内壁上。实践中通过降低过滤所必需的窄孔过滤层部分的厚度改善了渗透性能。特别地，由过滤层组成的结构用于进行过滤，和支撑元件用于支撑过滤层。往往使用截面为约30mm直径和约500～1000mm长度的陶瓷过滤器。总的说来，孔隙度为约35～40％，过滤层的孔径为约0.005～1μm，中间层和支撑元件的孔径分别为约2～3μm和10～20μm。过滤层和中间层的总厚度为约100～200μm。进料溶液被注入通道并通过过滤层过滤，澄清的液体通过中间层和支撑元件并从陶瓷过滤器的侧面被排出。
然而，这类陶瓷过滤器不能基于孔径和收集物质尺寸之间的关系物理过滤。
对照此方法，发明了陶瓷过滤器，其功能使得光发射体和电极本身被制成多孔结构，流体通过该结构时该多孔结构本身发射紫外光，负载于该多孔结构上的光催化剂分解有机物或杀死细菌和病毒(见专利参考文献2)。通过烧结一些半导体粒子到一定程度得到光发射体。
然而，该方法存在下列问题，
(1)需要先进的技术以控制多孔发光层的孔径和孔隙度。特别是，在需要强渗透性的空气净化器等的情况下，必须增大孔径和孔隙度，并且必须使用大的半导体粒子，但是粒径增加时烧结下降。通过粉末绕结法也难以得到具有较高孔隙度的发光层。
(2)成本较高，这是因为电极必须通过溅射或汽相沉积在多孔结构表面上形成。
(3)液体特别是高导电性液体通过多孔发光层内部时，如果电极和组成多孔发光层的粒子不完全地绝缘，有时不能有效地施加电场，并且对于绝缘方法需要先进的技术。尤其是，组成粒子的尺寸降低时，需要更先进的技术，并且成本增加。
[专利参考文献1]日本待公开专利申请2003-200043
[专利参考文献2]国际申请公开No.04/006969
[发明内容]
[本发明待解决的问题]
本发明的目的是提供一种面发光器件，其中不使用紫外灯、紫外LED或另一种这类外界紫外线光源就可有效地进行催化反应，和其中甚至在用外界光源不能处理的高度UV吸收性污染流体的情况下也可有效地进行催化反应。另一个目的是提供一种面发光器件，其不需要先进的技术，而且可以以低成本得到，其中发光层可容易地被绝缘。
另一个目的是提供一种陶瓷过滤器，其可以较低成本容易地制造，而且其具有分解有机物或杀死细菌和病毒的功能。
解决问题的方式
本发明人设计了一种面发光器件和具有独特结构的陶瓷过滤器，以及解决上述这些问题的方法。特别地，本发明包括方面(1)～(31)。
(1)一种面发光器件，其特征在于包括具有通过电致发光发射可见光或紫外光功能的面发光体；和在垂直于面发光体表面的方向上形成的作为流体通道的多个通孔。
(2)根据(1)的面发光器件，其特征在于，具有光催化剂的多孔层置于面发光体的顶部和/或底部表面上。
(3)根据(1)或(2)的面发光器件，其特征在于，所述通道填充有具有光催化剂的多孔结构。
(4)根据(1)～(3)任一项的面发光器件，其特征在于，除电极部分，所述面发光体与外部电绝缘。
(5)根据(1)～(4)任一项的面发光器件，其特征在于，所述面发光体具有以固定间隙间隔放置的多个矩形发光层，其中所述间隙组成通道。
(6)根据(1)～(4)任一项的面发光器件，其特征在于，所述面发光体具有以点阵形式放置的发光层，其中所述间隙组成通道。
(7)根据(1)～(6)任一项的面发光器件，其中发射的可见光或紫外光集中于所述通道内。
(8)根据(7)的面发光器件，其中所述面发光体的发光层被反射可见光和/或紫外光的元件包封。
(9)根据(1)～(8)任一项的面发光器件，其特征在于，由所述通道占据的表面积(通道表面积比)是面发光体整个表面的30～70％。
(10)根据(1)～(9)任一项的面发光器件，其特征在于，所述面发光体发射的光谱的峰值波长是540nm或更小。
(11)根据(10)的面发光器件，其特征在于，由面发光体发射的光谱的峰值波长是460纳米或更小。
(12)根据(11)的面发光器件，其特征在于，由面发光体发射的光谱的峰值波长是400纳米或更小。
(13)根据(1)～(12)任一项的面发光体，其特征在于，将无机EL器件或有机EL器件用作面发光体。
(14)根据(13)的面发光体，其特征在于，用于无机EL器件的无机发光材料的通式是Zn(1-x)AxS:Cu，D(其中A是选自Be、Mg、Ca、Sr和Ba的2A族元素的至少一种；D是选自3B族元素或7B族元素的至少一种元素；x的值是0＜x＜1)，和所述无机发光材料具有发射蓝色-Cu光的功能。
(15)根据(13)的面发光体，其特征在于，用于无机EL器件的无机发光材料的通式是Zn(1-x)AxS:Ag，D(其中A是选自Be、Mg、Ca、Sr和Ba的2A族元素的至少一种；D是选自3B族元素或7B族元素的至少一种元素；x的值为0＜x＜1)，和所述无机发光材料具有发射蓝色-Cu光的功能。
(16)根据(2)～(15)任一项的面发光器件，其特征在于，所述具有光催化剂的多孔层是泡沫金属、泡沫陶瓷或纺织树脂织物。
(17)根据(2)～(16)任一项的面发光器件，其中所述具有光催化剂的多孔层是陶瓷过滤器。
(18)根据(17)的面发光器件，其特征在于，所述陶瓷过滤器具有多个通道，所述通道与面发光器件的通道相连接。
(19)根据(2)～(18)任一项的面发光器件，其特征在于，所述多孔层和具有光催化剂的多孔结构具有500μm或更小的平均孔径。
(20)根据(2)～(19)任一项的面发光器件，其特征在于，所述面发光体和所述多孔层重复堆叠。
(21)一种使用根据(1)～(20)任一项的面发光器件得到的过滤设备。
(22)一种使用根据(21)的过滤设备得到的用于空气净化器或空气调节器的过滤器。
(23)一种光学辅助型陶瓷过滤器，其特征在于，包括具有多个通道的陶瓷过滤器，以及置于所述陶瓷过滤器侧面上的光催化层和面发光体。
(24)根据(23)的光学辅助型陶瓷过滤器，其特征在于，所述陶瓷过滤器的通道垂直于所述陶瓷过滤器的截面。
(25)根据(23)或(24)的光学辅助型陶瓷过滤器，其特征在于，在面发光体中垂直于所述面发光体表面的方向上，形成多个通孔。
(26)根据(23)～(25)任一项的光学辅助型陶瓷过滤器，其特征在于，由所述面发光体发射的光谱的峰值波长是460nm或更小。
(27)根据(26)的光学辅助型陶瓷过滤器，其特征在于，由所述面发光体发射的光谱的峰值波长是400nm或更小。
(28)根据(23)～(27)任一项的光学辅助型陶瓷过滤器，其特征在于，所述面发光体通过分散型无机EL发光。
(29)根据(28)的光学辅助型陶瓷过滤器，其特征在于，所述无机EL电极由反射光的材料形成。
(30)根据(28)或(29)的光学辅助型陶瓷过滤器，其特征在于，用于无机EL器件的无机发光材料的通式是Zn(1-x)AxS:Cu，D(其中A是选自Be、Mg、Ca、Sr和Ba的2A族元素的至少一种；D是选自3B族元素或7B族元素的至少一种元素；x的值为0＜x＜1)，和所述无机发光材料具有发射蓝色-Cu光的功能。
(31)根据(28)或(29)的光学辅助型陶瓷过滤器，其特征在于，用于无机EL器件的无机发光材料的通式是Zn(1-x)AxS:Ag，D(其中A是选自Be、Mg、Ca、Sr和Ba的2A族元素的至少一种；D是选自3B族元素或7B族元素的至少一种元素；x的值为0＜x＜1)，和所述无机发光材料具有发射蓝色-Cu光的功能。
[发明效果]
在本发明的面发光器件中，可通过发射可见光或紫外光的面发光体激发光催化剂。本发明的面发光器件置于污染流体中并在其中操作，从而不使用紫外灯、紫外LED或其他这类外界紫外线光源就可有效地进行催化反应。尤其是，在用外界光源不能处理的高度UV吸收性污染流体的情况下，也可有效地进行催化反应。
在本发明的面发光器件中，因为在面发光体中形成作为流体通道的多个通孔，因而流体不通过所述发光层，并且使发光层绝缘不需要额外的费用。
使用本发明的面发光器件得到的催化反应容器能够分解有机物或杀死细菌等，并且因此可被应用于各种领域，包括大气中污染物的分解和除去，比如NOx、SOx、CO气体、内燃机颗粒、花粉、灰尘和虱类；含于污水的有机化合物的分解和除去；杀死常见细菌和病毒的光源；化工厂产生的有害气体的分解；臭气组分的分解；和超纯制造装置中的消毒光源。这些反应容器也可以被应用于处理汽车尾气的蜂窝结构，空气净化器或空气调节器的过滤器，污水过滤器，各种净水器，温泉消毒和驱昆虫剂。
根据物理尺寸使用本发明的光学辅助型陶瓷过滤器可使过滤均匀，以及通过光催化功能，分解不能通过过滤收集的较小有机物和细菌/病毒。本发明的光学辅助型陶瓷过滤器也可以较低成本容易地制造。
[附图说明]
图1是显示本发明面发光器件结构例子的图表，其中(a)是侧视图，(b)是立体图；
图2是显示本发明面发光器件其他结构例子的图；
图3是显示用于本发明无机EL器件结构例子的图；
图4是显示用于本发明无机EL器件其他结构例子的图；
图5是显示本发明面发光器件的其他结构例子的图；
图6是显示本发明光学辅助型陶瓷过滤器的结构例子的图；
图7是显示实施方式中面发光器件的制造步骤的图；
图8是说明评价实施方式中面发光器件的方法的图；和
图9是说明评价对比例中面发光器件的方法的图。
优选实施方案的说明
本发明面发光器件的一个必要结构具有能够发射可见光或紫外光的面发光体，和在顶面和/或底面上形成的具有光催化剂的多孔层，其中在垂直于所述面发光体的表面的方向上，形成作为流体通道的多个通孔。被称为电致发光(EL)片的发光片优选用作具有发射可见光或紫外光功能的面发光体。
本发明面发光器件的具体结构(第一结构)的例子示于图1。图1(a)是侧视图，和图1(b)是立体图。
图1中的面发光器件具有包含光催化剂并形成于面发光体的顶部和底部表面上的多孔层。发光体中，多个矩形发光层以固定间隙间隔排列。处理的流体流过一个多孔层的表面，流过面发光体中的间隙，并从相对侧上的多孔层排出。面发光体发出的可见光或紫外光垂直于面发光体的顶部和底部表面上的多孔层的表面入射，并在多孔层中重复反射。因此，光可均匀地扩散于整个多孔层，并可以激发光催化剂。流体通过一个表面上的多孔层，然后通过面发光体中的间隙，并最终以澄清的流体通过另一表面上的多孔层排出。随着面发光体中间隙占据的表面积相对于面发光体顶部和底部表面的整个表面积增加(本发明称为通道表面积比)，流体渗透性增加，但是[间隙表面积的增加导致]发光部分的表面积降低和含有光催化剂的多孔结构非均匀地暴露于光；即，亮度降低。通常，通道的表面积比优选为整个表面积的30～70％。
如图1所示，面发光体优选没有电极部分，并且与外部电绝缘。这得到能用于各种具有较高导电性的液体的器件。
此时具有通孔的截面也是电绝缘的。密封所述截面的方法的一个例子是暂时制造具有通孔的EL片，将液态树脂倒入所述通孔，干燥所述树脂，并在树脂中再次形成通孔，同时保持电绝缘。
本发明的面发光器件可以不引起额外费用的情况下被隔离，这是因为流体不通过发光层(这通过形成作为流体通道的通孔而确保)。此外，形成通孔的优点在于，使得在光发射期间产生的热通过所述通孔迅速地排出。
在本发明面发光器件的第二种结构中，发光层置于点阵型图案中，如图2所示。
在矩形发光层情况下，对于多个发光层的每个必须形成施加电压的导线组，但是因为点阵型图案仅需要一组导线，所以具有降低成本的效果。因为光更均匀地传导入多孔结构，所以优选点阵结构。这种情况下，作为通道的点阵的尺寸优选5毫米或更小。通道不局限于该形状，也可为正方形或圆形。
也可商业得到的是具有多个预先形成的圆孔的EL片，意欲用作显示器或背光，因此也可以使用这些片材。
本发明中，通过控制面发光体的结构，可将发光层发出的光集中于通道中。
所述发光层的顶部和底部表面(所述表面具有多孔层)可以由反射但是不传播可见光或紫外光的金属材料或其他元件包封，在这种情况下源于发光层的光被这些元件反复地被反射并截留在这些元件之内。光不是发射到顶部和底部表面，而是通过所述发光层(邻近于通道的表面)的截面集中于所述通道，然后光从所述通道发射到外部。特别地，使用这类结构，可以设计器件使得仅通道发光。这类结构可以容易地得到，例如，通过选择反射但是不传播可见光或紫外光的金属材料，并将所述材料用于用作面发光体的有机EL器件的电极。
很明显，在具有光催化剂的多孔层置于面发光体的顶部和底部上的器件中，多孔层直接在通道之上的部分主要是使得流体通过的区域。将光集中于这些部分使得能够实现最有效的光催化性能。在这类光集中结构中，具有光催化剂的多孔结构不仅包埋在面发光体的顶部和底部，而且包埋在通道形成部分，从而实现防止光损失的优点，这是因为发光源和光催化剂具有最接近方式的距离。使用这类结构，作为通道的点阵尺寸不必要5mm或更小。这是因为光集中在通道内。
使用这类结构，直接与通道的发光层的截面接触的光催化剂，不通过介入的间隔而直接用可见光或紫外光辐照。所述光催化剂存在如下的问题。特别地，光催化剂置于高度污染的物质中时，污染物牢固地粘附到光催化剂的表面，源于外界光源的光不能达到所述光催化剂，损害光催化功能。在本发明的面发光器件中，含有光催化剂的多孔结构装载到所述通道中。因为可见光或紫外光不通过介入的间隔，而连续地直接地照射到与通道的发光层的截面直接接触的光催化剂上，所以可解决上述问题。
具有光催化剂并装入通道的多孔结构可为在其上负载光催化剂的多孔结构，或具有以点阵形式装填的光催化剂的多孔结构。
使用波长在254nm附近的紫外光使得待制造的过滤设备能够用作具有类似于常规汞灯的消毒效果的过滤器，即使没有光催化剂也是如此。
用于本发明的第一电致发光结构通常称为分散型EL，并配置发光层使得发射可见光或紫外光的无机发光材料分散在介电材料之内。
第二结构称为薄膜EL，是其中厚度为1μm或更小的薄膜发光层被绝缘层包封的结构，和发光层仅由无机发光材料组成而不含树脂。
薄膜EL的特征在于发射非常亮的光。因此可以发射大量的光，和光催化剂可有效地被激发。然而，薄膜EL的缺点在于，由于1lm/W或更小的低发光效率而消耗大量的能量，该EL也需要昂贵的气相合成装置。另一方面，分散型EL有时具有低的亮度但是发光效率超过10lm/W，以及由于能量消耗低和使用粉末施加方法，所以还具有低得多的生产成本。
有机EL器件或无机EL器件可被用作面发光体，但是由于有机EL器件具有优良的耐紫外光性能及其他这类的耐受性，所以优选使用有机EL器件。
通常，主要地由发光层和绝缘层构造无机EL器件，所述发光层由分散在介电树脂之内的ZnS等荧光粒子组成，所述绝缘层由分散于介电树脂内的BaTiO3或其他这类高介电陶瓷组成，其中所述发光层被绝缘层包封，和在所述绝缘层上形成电极。
用于本发明的无机EL器件的结构例示于图3。图3(a)中，仅在发光层的底面上形成绝缘层，在图3(b)中，在发光层的顶部和底部表面上均形成绝缘层。本发明中，前表面电极和后表面电极均可以由透明的导电薄膜形成。特别地，在其中具有由于紫外光而发光的光催化剂的多孔层置于面发光体的顶部和底部表面的情况下，前表面电极和后表面电极均由透明的导电薄膜形成。树脂基础材料和保护层树脂对于面发光体发射的波长的光是半透明的，且这两个元件也具有电绝缘性能。
如果发射光的波长为紫外光的波长，树脂具有低的UV透射率。常规使用的聚乙烯(PET)树脂对于波长360nm或更小的紫外光具有低的透射率，因此在发射光的波长小于360nm的情况下，优选使用UV透射树脂。UV透射树脂的一个例子为由Mitsubishi Rayon Co.，Ltd.制造的Acrylite。因为随着发射光波长的降低树脂更倾向于降解，该方法的优点在于所有的结构元件可不使用树脂而由无机材料制备。
反射并且不传播可见光或紫外光的金属材料等可代替透明导电薄膜用作前电极和后电极(见图4)，在这种情况下，源于发光层的光被所述电极反复地被反射并截留。光不是发射到顶部和底部表面，而是被发光层的截面传播，并集中于通道中，然后从所述通道排到外部。这种情况下，前表面和后表面上的保护层树脂相对于面发光体发射的波长的光不需要为透射的，但截面上的保护层树脂必须至少为透射的和电绝缘的。
任何类型的无机发光材料可以用于电致发光。例如可以使用下列无机发光材料。
在其中面发光体发射的光的波长为540nm或更小的情况下，对可见光敏感的光催化剂可被激发。在无机EL器件情况下，掺杂有Cu、Cl、Al等的ZnS具有高的发光效率，并因此优选用作能在该波长发光的无机发光材料。这些无机发光材料的峰值波长在450～540nm附近，发射蓝色到绿色光，并可激发对可见光敏感的光催化剂，但是为这些光更有效地激发光催化剂的能力，优选峰值波长为460nm或更小的光。
通式为Zn(1-x)AxS:Cu，D(其中A为选自Be、Mg、Ca、Sr和Ba的至少一种2A族元素；D为选自3B族元素或7B族元素的至少一种元素；和x的值为0＜x＜1)，和可以使用包含具有发射蓝色-Cu光功能的无机发光材料的材料。Al、Ga、Cl、F等是D的可能的例子，但是就原材料成本而言优选Al和Cl。x的值优选0.25＜x＜0.6。
发射的蓝色-Cu光记载在下文。例如，无机发光材料(ZnS-Cu，Cl)中，掺杂的铜通常取代Zn的位置，而Cl取代S的位置。因为发射光的波长在530nm附近，表示绿色，所述光被认为是绿色-Cu光。铜可以进入ZnS点阵的间隙中，并且铜可代替Zn的位置。得到的发射光将是蓝色-Cu光，为在460nm附近的短波长。使用Cu掺杂导致加入Cu的部分以高度导电的Cu2S保持在无机发光材料中，AC电场施加到使用这些无机发光材料得到的EL器件时，因为导电的Cu2S外围的电场集中和因为其他理由发射EL光。这些发射光的波长取决于半导体的能带间隙，即无机发光材料源，能带间隙越大发射光的波长越小。因此，如果使用蓝色-Cu光，那么可使用例如，ZnS:Cu，Cl，Al(450～460nm)，或可以使用Zn0.8Mg0.2S:Cu，Cl，Al(410～430nm)。
所述无机发光材料优选为UV-发射无机发光材料，其中发射光的峰值波长小于400nm，或优选300～375nm。这种情况下，能激发锐钛矿TiO2，其具有最高的光催化性能。
掺杂有Ag，Cl，Al等的ZnS理想地作为发射紫外光的无机发光材料。这样的无机发光材料是优选的，其含有Cu、Ag、Au、Li、Na、N、As、P和Sb的至少一种，其在半导体中形成受体能级；和Cl、Al、I、F和Br的至少一种，其在半导体中形成给体能级，因为这些元素高的发光效率。尤其是，这些半导体可以部分地含有或不含有ZnS作为主要组分，和第II-IV族化合物半导体(MgS、CaS、SrS、BeS、BaS等)作为次要元件。
通式为Zn(1-x)AxS:Ag，D(其中A为选自Be、Mg、Ca、Sr和Ba的至少一种2A族元素；D为选自3B族元素或7B族元素的至少一种元素；和x的值为0＜x＜1)，和优选使用具有发射蓝色-Cu光功能的无机发光材料。Al、Ga、Cl、F等是D可能的例子，但是就原材料成本而言优选Al和Cl。x的值优选0.25≤x≤0.6。
无机发光材料的发光机理与ZnS:Cu，Cl的机理相同，其被称为蓝色-Cu发射光，即使在其中掺杂Ag。例如可以使用ZnS:Ag，Cl，Al(399nm)或Zn0.8Mg0.2S:Ag，Cl，Al(369nm)。在Ag的情况下，类似于Cu的情况，形成Ag2S，但是因为导电性低，由于没有电场集中而不发射EL光。因此，在Ag的情况下，如果得到的无机发光材料通过其他方法与Cu2S相或其他导电材料化合，可以发射EL光。
理想材料的其他例子ZnF2:Gd，其反射311nm强发射谱线的紫外光。Pr与Gd一起掺杂时，发射光的亮度进一步改善。硫化钙也称为无机发光材料，其通过电子束激发而有效地发光。例子包括CaS:Gd，F(在315nm发光)，CaS:Cu(在400nm发光)和CaS:Ag，K(在388nm发光)。氧化钙也称为无机发光材料，其用电子束有效地发光，尽管在大气缺乏化学稳定性。例子包括CaO:F(在335nm发光)，CaO:Cu(在390nm发光)和CaO:Zn，F(在324～340nm发光)。
在常规电致发光元素中，发光的阈值电压估计为约1×104～1×106V/cm，但是所述阈值电压可以通过制造其中发光粒子被高介电材料覆盖的结构而降低。
发射光的波长优选350nm或更小，这是因为光催化剂可在该波长以最高效率被激发。
将树脂或陶瓷用作介电材料。常规EL器件中所用的树脂可以用作发射波长超过360nm可见光的材料。Cyanoresin(由Shin-Etsu ChemicalCo.，Ltd.制造)等可被用作介电树脂。然而，在较短波长时，优选使用介电陶瓷代替树脂，这是因为介电树脂随时间会降解。介电陶瓷的例子包括BaTiO3，SrTiO3，PbTiO3，及其他高介电材料。
分散于树脂的介电陶瓷或者单独的介电陶瓷用作绝缘层。
在面发光体发射的光的峰值波长为540nm或更小的情况下，对可见光敏感的光催化剂可被激发。对可见光敏感的光催化剂优选是TiO2:S，TiO2:N等。
具有最高的光催化性能的锐钛矿TiO2光催化剂可在发射光的峰值波长为400nm或更小的情况下被激发。优选光催化剂主要为结晶锐钛矿TiO2，但是所述光催化剂也可为结晶金红石或板钛矿，其也是晶体。
任何材料可被用作多孔层和多孔结构，只要在所述材料中形成通孔，但是优选泡沫金属、泡沫陶瓷、纺织树脂织物等。这些材料具有较高的孔隙度和极好的透射率。光催化剂可以负载于这些材料上。更优选由高折射材料组成的多孔结构，以均匀地将光导入具有光催化剂的多孔结构。例如，具有从高折射二氧化钛本身形成多孔结构的方法。所述多孔层和多孔结构优选具有小的孔径，因为如此光在多孔结构之内反复地被反射。理想地，平均孔径是500μm或更小。多孔结构的孔径可以用水银孔度计等测量。所述孔径没有具体的下限，但是理想地下限为约0.005μm，这是因为随着孔径降低流体的耐渗透性增加。
光催化剂优选通过溶胶凝胶法负载于多孔结构上。这是因为光催化效果随着多孔结构的比表面积增加而增加。
通过降低多孔层的厚度可制备薄的面发光器件。
本发明的面发光器件可被用作过滤设备，和在其中所述过滤设备用作空气净化器的过滤器或空气调节器的过滤器的情况下，整个器件优选制造得尽可能地薄。理想地，EL片的厚度是1mm或更小，具有催化功能的多孔层的厚度为1mm或更小，整个器件(EL片和负载光催化剂的多孔结构的总和)的厚度为3mm或更小。
陶瓷过滤器可被用作多孔层。图5显示其中陶瓷过滤器用作多孔层时的具体的结构例。图5(a)是立体图，和图5(b)是与进料溶液流动的方向平行的表面的剖视图。
基本上通过堆叠主要通过交叉流过滤清洁流体的陶瓷过滤器，和面发光片得到所述结构，其中陶瓷过滤器中的通道与面发光体中的通道连接。面发光片具有通孔，所述通孔优选具有与陶瓷过滤器中的那些相同的截面形状。图5的结构例中，在陶瓷过滤器中的通道的内壁上，光催化剂形成光催化层。
这种情况下，通过控制面发光体的结构，发光层发出的光可以集中于通道中。导入通道的光扩散到整个通道，同时通过通道的内壁被反复地吸收和反射；即，通过在过滤层的表面上形成的光催化层。光催化剂以连续的方式被激发。
在其中如上所述使用无机EL片的情况下，将面发光体的发光层发射的光集中于通道的方法，包括用反射并不传播或吸收可见光或紫外光的金属材料或其他的这类元件包封发光层的顶部和底部表面(陶瓷过滤器提供的表面)，在这种情况下，源于发光层的光被这些元件反复地反射和截留。光不发射到顶部和底部表面，而是集中于通过发光层(通道附近的表面)截面的通道中。使用无机EL器件，通过使用用于电极的铝、金或其他这些金属材料可以容易地制造顶部和底部电极。
在形成光催化层的方法的一个例子中，用陶瓷过滤器过滤含有分散的二氧化钛粒子的液体，在所述过滤层的表面上形成二氧化钛粒子的沉积层，加热得到的结构并烘焙，使得所述粒子适度地烧结在一起。类似地可以通过调节钛的醇盐溶液的粘度类似地过滤二氧化钛，所述钛的醇盐溶液是在二氧化钛烘焙之后形成的，并且可以再次烘焙所述二氧化钛。可以由二氧化钛形成所述陶瓷过滤器的过滤层。
光催化剂也可负载于载体元件上，而不是通道的内壁。这种情况下，面发光体例如可为无机EL元件，使得光不集中于通道而是被发射到面发光体的顶部和底部。然后电极可由铟和锡基氧化物(ITO)或ZnO等的透明导电薄膜形成。这种情况下负载光催化剂的方法包括通过将载体元件浸入液体形成载体元件，和从液体取出所述载体元件并烘焙所述载体元件，其中所述液体通过调节二氧化钛的醇盐溶液的粘度而得到，二氧化钛的醇盐溶液在二氧化钛烘焙后形成。
本发明的面发光器件可具有其中面发光体和多孔层重复堆叠的堆叠结构。
在其中本发明的面发光器件用作过滤设备的情况下，相对大的粒子，比如悬浮在空气中的那些，物理地收集在具有光催化剂的多孔层的表面上，和较小的粒子通过方法中的光催化剂分解，从而所述粒子通过具有光催化剂的多孔层。因此，重复面发光体和多孔层的堆叠结构得到高度可靠的过滤器，但是缺点在于渗透性降低。
以下，将描述本发明的光学辅助型陶瓷过滤器。
本发明的光学辅助型陶瓷过滤器是主要通过交叉流过滤清洁液体的陶瓷过滤器。术语″交叉流过滤″指一种过滤形式，其中循环进料溶液，同时在垂直于进料溶液的流动方向上回收被处理的溶液。
图6显示本发明光学辅助型陶瓷过滤器的第一结构的具体例子。
所述结构主要由陶瓷过滤器和面发光片组成，其中通道垂直于截面。所述结构也具有光催化片(光催化层)。陶瓷过滤器由用于进行过滤的过滤层、中间层和载体元件组成。光催化片沿陶瓷过滤器的截面形状排列，并卷绕陶瓷过滤器的侧面。本发明中术语″陶瓷过滤器的截面″指垂直于进料溶液流动方向的截面，和术语″侧面″指除了圆柱形陶瓷过滤器前部上除底部表面之外的表面。
通过过滤层的澄清流体然后从陶瓷过滤器侧面排出，并引起光催化片的浸渍。从面发光体发射的光激发光催化片中的光催化剂，产生光催化效果，澄清流体中不能通过过滤收集或分解的有机物质、细菌、病毒及其他这类物质被分解或杀死。
进行分解和消毒处理之后，从光催化片的内部沿内表面和从陶瓷过滤器的尾部回收流体。其中在面发光片中垂直于所述面发光体表面的方向上(在垂直于陶瓷过滤器侧面的方向)形成多个通孔的情况下，已经进行分解和消毒处理的流体可以通过这些通孔排到外部。因此可以回收的流体的量大于其中没有形成通孔的情况下的量。相反地，在其中必须增加陶瓷过滤器渗透性的情况下，必须在面发光片中形成通孔。
根据本发明具有通孔的面发光器件可被用作具有通孔的面发光器件。
所述光催化片由负载于树脂、金属或陶瓷多孔结构表面上的光催化粉末组成。通过形成光催化薄膜涂层可以得到所述片。所述陶瓷过滤器侧面可以用光催化剂涂覆。二氧化钛是常见的光催化剂。因此，面发光体发射的光必须具有在能激发光催化剂的波长范围之内的波长。在对可见光敏感的光催化剂的情况下，优选峰值波长460nm或更小的光。如果波长超过460nm，有时发现光催化性能，但是所述性能是降低的。在锐钛矿二氧化钛的情况下，光优选具有400nm或更小的峰值波长，其是对紫外光敏感的光催化剂。就光催化作用而言，对紫外光敏感的光催化剂通常显示出更好的性能。
在光学辅助型陶瓷过滤器中，因为所述面发光体必须被所述陶瓷过滤器侧面卷绕，所以所述面发光体必须是挠性的并且能弯曲。因此优选EL片，无机的EL片或其他的这类片材。优选分散型无机EL片，以使得可以低成本地制造面发光体，其中在垂直于面发光体表面的方向上形成多个通孔。术语″分散型无机EL″指通过丝网印刷、刮刀方法或其他这类方法，在树脂的基材片的表面上形成具有分散于介电树脂的无机发光材料的发光层的概念，并且通过施加AC电场到形成在发光层顶部和底部上的电极，引起发光。因为无机EL的高耐湿性，所以无机EL也是优选的。尽管用有机EL发射紫外光是困难的，但是有机EL的优点在于，比无机EL更容易地得到高亮度的可见光。因为无机EL低的耐湿性，用于水时其具有短的使用寿命的问题。
有机EL或无机EL器件可被用作面发光体，但是在紫外光的峰值波长为400nm或更小的情况下，优选具有极好耐UV性及其他这类耐受性的无机EL器件。如上所述，无机EL面发光体的主要结构元件通常是发光层和绝缘层，其中，发光层中ZnS或其他这类无机发光材料的粒子分散于介电树脂，绝缘层中BaTiO3或其他这类高介电陶瓷分散于介电树脂。电极形成在绝缘层上。发射光的波长是紫外光的波长时树脂容易降解。因此在这种情况下对于所有结构部件使用无机材料而不使用树脂是有利的。然而，因为树脂通常主要在具有350nm或较小波长的紫外光下降解，所以当使用不在该波长范围内紫外光时可使用树脂。
通过控制面发光体的结构，发光层发射的光可以集中到光催化片的侧面。例如，无机EL器件可以具有其中仅向内发射光的结构(朝着发光层)。这可以通过从铝、金或其他这类金属材料形成朝向外的电极而实现。
与用于如上所述的面发光器件的相同无机发光材料可用作面发光体中的无机发光材料。
本发明的光学辅助型陶瓷过滤器主要通过交叉流过滤清洁液体，但是也可过滤气体。术语″交叉流过滤″指一种过滤形式，其中循环进料溶液，同时在垂直于进料溶液的流动方向上回收处理的溶液。如果使用本发明的光学辅助型陶瓷过滤器，通过所述光催化作用可以分解或杀死那些通过物理过滤不能收集的细菌或有机物。
[实施方式]
通过实施方式在下文进一步详细地描述本发明。
实施方式(1)
1.制备
(保护层树脂)
制备尺寸100×100mm，厚度100μm的透明树脂片(商标名：Acrylite S，产品#000，Mitsubishi Rayon Co.，Ltd.)。在该片中预先以4mm的间隔(栅距)形成各种尺寸的点阵状的孔。
(绝缘层)
BaTiO3：平均粒度：0.2μm。
树脂：由Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.(商品名：Cyanoresin)制造
(无机发光材料)
ZnS:Cu，Cl粉末平均粒度：3μm；发射光的峰值波长：533nm(绿光)
ZnS:Cu，Cl，Al粉末平均粒度：3μm；发射光的峰值波长：450nm(蓝光)
ZnS:Ag，Cl粉末平均粒度：3μm；发射光的峰值波长：380nm(紫外光)
(多孔结构)
使用SiC多孔结构，尺寸为120×120mm，厚度0.1mm，孔隙度50％，具有如表1所示的各种平均孔径。
(光催化剂)
锐钛矿TiO2 平均粒度：0.03μm(可商业得到)
TiO2:S 平均粒度：0.03μm
硫脲(CH4N2S)粉末和Ti(OC3H7)4混于甲醇中，并真空浓缩直到形成白色的浆。所述浆在588℃和大气条件下烘焙2小时，得到粉末。掺杂的S相对于氧的量是2原子％。
2.步骤
通过按照以下的步骤如图7所示制造面发光器件。
(1)电极1的形成
通过用铝以点阵型图案溅射涂覆保护层树脂(图7(a))，所述点阵型图案的宽度为50μm，厚度为0.1μm，并连接电极导线(图7(b))。然后用0.1μm的透明导电薄膜(ITO)涂覆整个点阵图案片(图7(c))。
(2)内部绝缘层的形成
相对于环己酮以25vol％的量分散和溶解树脂(由Shin-EtsuChemical Co.，Ltd.制造(商标名：Cyanoresin))，并分散BaTiO3粉末(25vol％)以形成浆。通过丝网印刷在电极上形成厚度为30μm的涂层(图7(d))。
(3)发光层的形成
相对于环己酮以25vol％的量分散和溶解树脂(Cyanoresin)。通过在Ar气体下的该溶液中对粉状无机发光材料进行分散处理(25vol％)形成浆。通过丝网印刷，在内部绝缘层的表面上形成厚度为60μm的涂层(图7(e))。
(4)电极2的形成
以与电极1同样的方法用透明导电薄膜涂覆发光层的表面，并连接电极导线(图7(f))。
(5)密封
叠放与用于(1)的保护层树脂相同形状的片，然后热压粘合和完全密封(图7(g))。然后在通孔的截面上施加环氧树脂。
(6)负载光催化剂
通过将光催化粒子分散于醇中制备溶液，将SiC多孔结构浸入其中，以0.003m/s的速度将所述结构提出。然后在大气条件下将得到的结构在300℃下加热0.5小时，SiC多孔结构的孔壁用光催化粒子涂覆。该过程重复十次。
(7)堆叠
负载光催化剂的SiC多孔结构置于面发光片的顶部和底部表面上，末端螺旋闭合，得到过滤设备。
3.评价
(1)光催化反应实验
将2，3′，4，4′，5-Pe-CB，一种二氧芑，溶解于水以制备3.0L浓度为55pg/L的溶液。预先加入5％的黑墨溶液以有意地对水染色，使得制备的液体具有较高的浊度。得到的液体和如上所述制备的过滤设备置于示于图8的装置中。
得到的液体以0.3L/min的流速循环，同时在所述电极之间施加具有如表1所示电压和频率的AC电场。测量直到二氧芑完全分解的时间，时间最大值为100小时。
作为对比例，仅将如表1所示用于负载光催化剂的SiC多孔结构置于图9所示的装置中，进行与所述实施方式中相同的光催化反应实验，同时发射光波长360nm和输出为5mW的UV LED灯从50mm的距离被照亮。
结果如表1示。
[表1]
实施方式(1)
| SiC多孔结构的平均孔径(μm) | SiC多孔结构的孔隙度(％) | 点阵孔尺寸(mm) | 栅距(mm) | 通道表面积比(％) | 内部绝缘层厚度(μm) | 发光层厚度(μm) | 无机发光材料类型 | 电压(v) | 频率(Hz) | 发射光的波长(nm) | 光催化剂类型 | 分解时间(hr) |
| 0.1 | 50 | 5 | 4 | 56 | 30 | 60 | ZnS:Ag.Cl | 120 | 550 | 380 | 锐钛矿TiO2 | 6.3 |
| 1 | 50 | 1.5 | 4 | 27 | 30 | 60 | ZnS:Ag，Cl | 120 | 550 | 380 | 锐钛矿TiO2 | 10.2 |
| 1 | 50 | 2 | 4 | 33 | 30 | 60 | ZnS:Ag，Cl | 120 | 550 | 380 | 锐钛矿TiO2 | 8.6 |
| 1 | 50 | 5 | 4 | 56 | 30 | 60 | ZnS:Ag，Cl | 120 | 550 | 380 | 锐钛矿TiO2 | 8.5 |
| 1 | 50 | 7.5 | 4 | 65 | 30 | 60 | ZnS:Ag，Cl | 120 | 550 | 380 | 锐钛矿TiO2 | 10.6 |
| 1 | 50 | 10 | 4 | 71 | 30 | 60 | ZnS:Ag，Cl | 120 | 550 | 380 | 锐钛矿TiO2 | 12.223 |
| 10 | 50 | 5 | 4 | 56 | 30 | 60 | ZnS:Ag，Cl | 120 | 550 | 380 | 锐钛矿TiO2 | |
| 400 | 50 | 5 | 4 | 56 | 30 | 60 | ZnS:Ag Cl | 120 | 550 | 380 | 锐钛矿TiO2 | 77 |
| 600 | 50 | 5 | 4 | 56 | 30 | 60 | ZnS:Ag，Cl | 120 | 550 | 380 | 锐钛矿TiO2 | 99.5 |
| 0.1 | 50 | 5 | 4 | 56 | 30 | 60 | ZnS:Ag，Cl | 120 | 5000 | 380 | 锐钛矿TiO2 | 3.6 |
| 1 | 50 | 5 | 4 | 56 | 30 | 60 | ZnS:Ag，Cl | 120 | 5000 | 380 | 锐钛矿TiO2 | 6.4 |
| 10 | 50 | 5 | 4 | 56 | 30 | 60 | ZnS:Ag，Cl | 120 | 5000 | 380 | 锐钛矿TiO2 | 18 |
| 1 | 50 | 5 | 4 | 56 | 30 | 60 | ZnS:Cu，Cl，Al | 120 | 550 | 450 | TiO2:S | 44 |
| 1 | 50 | 5 | 4 | 56 | 30 | 60 | ZnS:Cu，Cl | 120 | 550 | 530 | TiO2:S | 88 |
| *1 | 50 | 5 | 4 | 56 | LED | 360 | 锐钛矿TiO2 | 100＜ |
*表示对比例
使用本发明面发光器件得到的过滤设备比具有外界光源的过滤器具有更短的分解时间。其原因被认为是在具有外部光源的过滤器中，仅有TiO2多孔结构的极性表面能被激发，因为发射光容易地被具有高浊度的液体吸收。
使用本发明面发光器件得到的过滤设备具有更短的分解时间，这是因为催化作用均匀地作用在整个TiO2多孔结构层上，同时发射光在该多孔结构层内反复地被散射。
实施方式(2)
1.制备
(保护层树脂)
制备尺寸100×100mm，厚度100μm的透明树脂片(商标名：Acrylite S，产品#000，Mitsubishi Rayon Co.，Ltd.)。预先在该片的一侧以1mm的间距形成尺寸为1mm的点阵形的孔。
(绝缘层)
BaTiO3：平均粒度0.2μm
树脂：由Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.制造(商标名：Cyanoresin)(无机发光材料)
ZnS:Ag，Cl粉末；平均粒度：3μm；发射光的峰值波长：380nm(紫外光)
ZnS-20mol％MgS:Ag，Cl粉末；平均粒度：3μm；发射光的峰值波长：366nm(紫外光)
ZnF2:Gd，Pr，Cu粉末；平均粒度：3μm；发射光的峰值波长：311nm(紫外光)
(光催化剂)
锐钛矿TiO2：平均粒度：0.03μm(可商业得到)
2.步骤
根据实施方式(1)通过以下的步骤制造面发光器件。
(1)电极1的形成
通过溅射对保护层树脂涂覆0.1μm的铝，并连接电极导线。
(2)内部绝缘层的形成
相对于环己酮以25vol％的量将树脂(由Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.制造(商标名：Cyanoresin))分散和溶解，并分散BaTiO3粉末(25vol％)以形成浆。通过丝网印刷在电极上形成厚度为30μm的涂层。
(3)发光层的形成
相对于环己酮以25vol％的量分散和溶解树脂(Cyanoresin)。通过在Ar气体下的该溶液中对粉状无机发光材料进行分散处理(25vol％)形成浆。通过丝网印刷在内部绝缘层的表面上形成厚度为60μm的涂层。
(4)电极2的形成
与电极1同样的方法用铝涂覆发光层的表面，并连接电极导线。
(5)密封
叠放具有与用于(1)的保护层树脂相同形状的片，然后热压粘合并完全密封。
(6)负载光催化剂
通过干压将光催化粒子模塑成直径为1mm，厚度为300μm，并形成孔隙度65％的多孔结构。所述孔(通道)充满树脂粘合剂，并固化所述结构。
3.评价
(1)光催化反应实验
将甲醛分散于空气以制备3.0L浓度为0.5ppm的污染空气。如头施方式(1)中，将得到的污染空气和如上所述制造的过滤设备置于同一装置中。
得到的污染空气以0.3L/min的流速循环，同时在所述电极间施加具有如表2所示电压和频率的AC电场。测量直到甲醛浓度达到零所需的时间。
作为对比例，通过干压将光催化粒子模塑成直径为100mm，厚度为300μm，并形成孔隙度65％的多孔结构。进行光催化反应实验，同时该光催化片通过输出为5mW的UV LED灯从上面和下面辐照。发射光的波长为360nm。灯位于50mm的距离。
结果如表2示。
[表2]实施方式(2)
| 内部绝缘层厚度(μm) | 发光层厚度(μm) | 点阵孔尺寸(mm) | 栅距(mm) | 通道表面积比(％) | 无机发光材料类型 | 电压(V) | 频率(Hz) | 发射光的波长(nm) | 光催化剂类型 | 分解的时间(min) |
| 30 | 60 | 1 | 1 | 50 | ZnS:Ag，Cl | 120 | 550 | 380 | 锐钛矿TiO2 | 18 |
| 30 | 60 | 1 | 1 | 50 | AnS-20MgS:Ag，Cl | 120 | 550 | 366 | 锐钛矿TiO2 | 10 |
| 30 | 60 | 1 | 1 | 50 | ZnF2:Gd，Pr，Cu | 120 | 4000 | 311 | 锐钛矿TiO2 | 30 |
| * | LED | 360 | 锐钛矿TiO2 | 77 |
*表示对比例
在使用本发明的面发光器件得到的过滤设备中，视觉上证实在引入光催化剂前仅所述孔发射光。
本发明的过滤设备比使用LED时具有更短的分解时间。其原因被认为源于外界光源的光容易地被光催化片反射，而不能有效地激发光催化剂，原因还在于光由于光源的距离而衰减。在使用本发明面发光器件得到的过滤器件中，光集中于所述孔，光源与填充的光催化剂接触，因为光源和光催化剂彼此非常接近几乎没有光衰减，从而所述过滤器被认为具有较高的分解效能。
因此，本发明的过滤设备不必需要外界光源，并且所述过滤器因此是薄的，并需要很小的空间。
实施方式(3)
除了通道填充光催化剂外，以实施方式(2)中同样的方法制造过滤设备，并且叠放下列多孔层。
(多孔树脂片)
由氟树脂制造且尺寸为100×100mm，厚度为100μm的多孔膜(孔隙度95％)。
(光催化剂)
锐钛矿TiO2；平均粒度0.03μm(可商业得到)
通过以30vol％的浓度在乙醇中分散光催化剂制备悬浮液，所述多孔树脂片浸于该溶液中，然后取出所述片，并在室温下干燥。这些步骤重复十次，得到的负载光催化剂片堆叠在穿孔EL片的顶部和底部上。
(光催化反应实验)
将甲苯分散于空气以制备3.0L浓度为500ppm的污染空气。如图8所示，将得到的污染空气和如上所述制造的过滤设备置于同一装置中。
得到的污染空气以0.3L/min的流速循环，同时在所述电极之间施加具有如表3所示电压和频率的AC电场。测量直到甲苯浓度达到零所需的时间。
作为对比例，进行光催化反应实验，同时通过输出为5mW的UVLED灯从上面和下面辐照负载相同光催化剂的两个堆叠的片。发射光的波长为360nm。灯位于50mm的距离。
所述结果如表3所示。
[表3]
实施方式(3)
| 内部绝缘层厚度(μm) | 发光层厚度(μm) | 点阵孔尺寸(mm) | 栅距(mm) | 通道表面积比(％) | 无机发光材料类型 | 电压(v) | 频率(Hz) | 发射光的波长(nm) | 光催化剂类型 | 分解的时间(min) |
| 30 | 60 | 1 | 1 | 50 | ZnS:Ag，Cl | 120 | 1000 | 380 | 锐钛矿TiO2 | 33 |
| 30 | 60 | 1 | 1 | 50 | ZnS-20MgS:Ag，Cl | 120 | 1000 | 366 | 锐钛矿TiO2 | 25 |
| 30 | 60 | 1 | 1 | 50 | ZnF2:Gd，Pr，Cu | 120 | 5000 | 311 | 锐钛矿TiO2 | 41 |
| * | LED | 360 | 锐钛矿TiO2 | 50 |
*表示对比例
本发明的过滤设备比使用LED时具有更短的分解时间。在其中所述负载光催化剂的光催化片具有较高孔隙度的情况下，甚至源于外界光源的光也可容易地达到所述光催化片的内部，如在本发明实施方式中的那样。因此，尽管分解性能的差异不如实施方式(1)或(2)那样大，但是使用本发明的面发光器件得到的过滤设备被证实是优良的。其原因被认为光催化片不均匀地辐照，这是由于LED光源发射的光是有方向性的。
因此，本发明的过滤设备不必需要外界光源，并且所述过滤器因此是薄的，并且需要很小的空间。
实施方式(4)
(1)陶瓷过滤器
由NGK Insulators，Ltd.制造的多层过滤器(3层)具有每个直径为3mm的37个孔，并以直径为30mm的截面形成。长度是500mm和孔隙度是35％。该过滤器成功地分离100％尺寸为0.2μm的粒子。将该陶瓷过滤器切成30mm的长度，以制备十六块。
(2)光催化涂层
所述陶瓷过滤器用来过滤含有对可见光敏感的二氧化钛粉末(平均粒度60nm)的溶胶(由Sumitomo Chemical Co.，Ltd.制造)，或过滤含有锐钛矿二氧化钛粉末(平均粒度60nm，由Tayca制造)的进料溶液；在通道的内壁上形成10μm厚的二氧化钛层；并在大气条件下在500℃烘焙所述层1小时并固化。
(3)面发光体
1.树脂片
制备传播紫外光并具有95×500mm尺寸和100μm厚度的片(由Mitsubishi Rayon Co.，Ltd.，制造，#000)。
2.绝缘层
BaTiO3：平均粒度：0.2μm
树脂：由Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.制造(商标名：Cyanoresin)
3.无机发光材料
ZnS:Cu，Cl粉末 平均粒度：3μm
ZnS:Cu，Cl，Al粉末 平均粒度：3μm
ZnS-20mol％MgS:Cu，Cl，Al粉末 平均粒度：3μm
ZnS-40mol％MgS:Cu，Cl，Al粉末 平均粒度：3μm
ZnS:Ag，Cl粉末 平均粒度：3μm
ZnS-20mol％MgS:Ag，Cl粉末 平均粒度：3μm
在ZnS:Ag，Cl，和ZnS-20mol％MgS:Ag，Cl的情况下，所述无机发光材料表面涂覆有Cu2S。
4.后表面(rear surface)电极的形成
通过溅射对树脂片涂覆0.4μm的铝电极，并将电极导线连接到所述Al薄膜上。
5.绝缘层的形成
相对于环己酮以25vol％的量将树脂分散并溶解，并分散BaTiO3粉末(25vol％)以形成浆。通过丝网印刷在ITO电极上形成厚度为30μm的涂层。
6.发光层的形成
相对于环己酮以25vol％的量分散和溶解树脂。通过在Ar气体下的该溶液中对粉状无机发光材料进行分散处理(25vol％)形成浆。通过丝网印刷在内部绝缘层的表面上形成厚度为60μm的涂层。
7.前表面电极的形成和密封
通过溅射对树脂片涂覆0.2μm的铝电极，并将电极导线连接到所述Al薄膜上。
将发光层叠放到该片的Al电极侧上，在120℃下热压粘合得到的叠层，并密封以形成面发光片。
8.孔形成
如此制造的17个EL片，通过将片材冲压成与(1)中陶瓷过滤器的截面相同的尺寸和结构制备。
(4)组装
在陶瓷过滤器30mm长的截面上交替地堆叠穿孔的EL片，形成约480mm长的堆叠的陶瓷过滤器。
(5)过滤实验
1.悬浮液制备
平均粒度为0.5μm的10mg铝粒子分散于10L水中，加入三氯乙烯，调节溶液直到浓度达到1ppm。
2.过滤
将过滤器置于交叉流过滤装置中，在EL片的电极之间施加500V和5kHz的AC电场，同时以1kg/cm2的可透膜压差进行过滤。也在没有电场的陶瓷过滤器中进行该实验。
3.评价
过滤之后用调液厚计测量铝粒子浓度。过滤之后用气相色谱仪分析三氯乙烯(TCE)浓度。
结果如表4示。
[表4]实施方式(4)
| 号 | EL片 | 无机发光材料 | 发光峰值波长(nm) | 电压(V) | 频率(Hz) | 亮度(cd/m2) | 光催化剂 | 渗透性(L/min) | 铝去除率(％) | TCE浓度(ppm) |
| *1 | 无 | 500 | 5000 | 无 | 0.4 | 99＜ | 1.00 | |||
| 2 | ZnS:Cu，Cl | 516 | 500 | 5000 | 350 | 对可见光敏感 | 0.22 | 99＜ | 0.80 | |
| 34 | ZnS:Cu，Cl，Al | 455 | 500 | 5000 | 200 | 对可见光敏感 | 0.22 | 99＜ | 0.40 | |
| ZnS-20MgS:Cu，Cl，Al | 430 | 500 | 5000 | 122 | 对可见光敏感 | 0.22 | 99＜ | 0.53 | ||
| 5 | ZnS-40MgS:Cu，Cl，Al | 408 | 500 | 5000 | 88 | 对可见光敏感 | 0.22 | 99＜ | 0.58 | |
| 67 | ZnS:Ag，Cl | 399 | 500 | 5000 | 55 | 对可见光敏感 | 0.22 | 99＜ | 0.52 | |
| ZnS-20MgS:Ag，Cl | 369 | 500 | 5000 | 23 | 对可见光敏感 | 0.22 | 99＜ | 0.61 | ||
| 8 | ZnS:Cu，Cl，Al | 455 | 500 | 5000 | 200 | 锐钛矿 | 0.22 | 99＜ | 0.81 | |
| 9 | ZnS:Ag，Cl | 399 | 500 | 5000 | 55 | 锐钛矿 | 0.22 | 99＜ | 0.00 | |
| 10 | ZnS-20MgS:Ag，Cl | 369 | 500 | 5000 | 23 | 锐钛矿 | 0.22 | 99＜ | 0.00 |
*表示对比例
由于堆叠陶瓷过滤器和面发光体，并在陶瓷过滤器通道的内壁上固化光催化剂，所述光催化剂比具有卷绕光催化片和面发光体的陶瓷过滤器具有更大的表面积，因此TCE的分解效能更大。
实施方式(5)
(1)陶瓷过滤器
由NGK Insulators，Ltd.制造的多层过滤器(3层)具有每个直径为3mm的37个孔，并以直径为30mm的截面形成。长度是500mm和孔隙度是35％。该过滤器成功地分离100％尺寸为0.2μm的粒子。
(2)光催化片
制备95mm×500mm孔隙度为90％的聚乙烯片。该片材浸于含有对可见光敏感的二氧化钛粉末的溶胶(由Sumitomo Chemical Co.，Ltd.)制造，或含有锐钛矿二氧化钛粉末(平均粒度60nm，由TaycaCorporation制造)的溶胶。然后取出所述片材并在室温下干燥24小时，树脂的表面涂覆有光催化剂。
(3)面发光体
1.树脂片
制备传播紫外光并具有95×500mm尺寸和100μm厚度的树脂片(由Mitsubishi Rayon Co.，Ltd.，#000制造)。
2.绝缘层
BaTiO3：平均粒度：0.2μm
树脂：由Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.制造(商标名：Cyanoresin)
3.无机发光材料
ZnS:Cu，Cl 粉末 平均粒度：3μm
ZnS:Cu，Cl，Al 粉末 平均粒度：3μm
ZnS-20mol％MgS:Cu，Cl，Al粉末 平均粒度：3μm
ZnS-40mol％MgS:Cu，Cl，Al粉末 平均粒度：3μm
ZnS:Ag，Cl粉末 平均粒度：3μm
ZnS-20mol％MgS:Ag，Cl粉末 平均粒度：3μm
在ZnS:Ag，Cl，和ZnS-20mol％MgS:Ag，Cl的情况下，所述无机发光材料涂覆有Cu2S。
4.背表面电极的形成
通过溅射对树脂片涂覆0.4μm的铝电极膜，并将电极导线连接到所述Al薄膜。
5.绝缘层的形成
相对于环己酮以25vol％的量将树脂分散并溶解，并分散BaTiO3粉末(25vol％)以形成浆。通过丝网印刷在ITO电极上形成厚度为30μm的涂层。
6.发光层的形成
相对于环己酮以25vol％的量分散和溶解树脂。通过在Ar气体下的该溶液中对粉状无机发光材料进行分散处理(25vol％)形成浆。通过丝网印刷在绝缘层的表面上形成厚度为60μm的涂层。
7.前表面电极的形成和密封
通过溅射对树脂片涂覆0.2μm的铝电极膜，并将电极导线连接到所述Al薄膜。
将发光层叠放到该片的ITO电极侧上，在120℃热压粘合得到的叠层，并密封以形成面发光片。
8.孔形成
以3mm的栅距在该片的表面中使用冲床形成直径为3mm的孔。这些孔的截面然后用粘合剂密封。
(4)组装
将光催化片卷绕在陶瓷过滤器侧面，并在光催化片上卷绕面发光体。
(5)过滤实验
1.悬浮液制备
平均粒度为0.5μm的10mg铝粒子分散于10L的水中，加入三氯乙烯，调节溶液直到浓度达到1ppm。
2.过滤
将过滤器置于交叉流过滤装置中，在EL片的电极之间施加500V和5kHz的AC电场，同时以1kg/cm2的可透膜压差进行过滤。也在没有电场的陶瓷过滤器中进行该实验。
3.评价
过滤之后用调液厚计测量铝粒子浓度。过滤之后用气相色谱仪分析三氯乙烯(TCE)浓度。
结果如表5所示。
| 号 | EL片 | 无机发光材料 | 发光峰值波长(nm) | 电压(V) | 频率(Hz) | 亮度(cd/m2) | 光催化剂 | 渗透性(L/min) | 铝去除率(％) | TCE浓度(ppm) |
| *1 | 无 | 无 | 0.40 | 99＜ | 1.00 | |||||
| 2 | ZnS:Cu，Cl | 516 | 500 | 5000 | 350 | 对可见光敏感 | 0.38 | 99＜ | 0.90 | |
| 3 | ZnS:Cu，Cl，Al | 455 | 500 | 5000 | 200 | 对可见光敏感 | 0.38 | 99＜ | 0.50 | |
| 4 | ZnS-20MgS:Cu，Cl，Al | 430 | 500 | 5000 | 122 | 对可见光敏感 | 0.38 | 99＜ | 0.62 | |
| 5 | ZnS-40MgS:Cu，Cl，Al | 408 | 500 | 5000 | 88 | 对可见光敏感 | 0.38 | 99＜ | 0.65 | |
| 6 | ZnS:Ag，Cl | 399 | 500 | 5000 | 55 | 对可见光敏感 | 0.38 | 99＜ | 0.60 | |
| 7 | ZnS-20MgS:Ag，Cl | 369 | 500 | 5000 | 23 | 对可见光敏感 | 0.38 | 99＜ | 0.70 | |
| 8 | ZnS:Cu，Cl | 516 | 500 | 5000 | 350 | 锐钛矿 | 0.38 | 99＜ | 0.98 | |
| 9 | ZnS:Cu，Cl，Al | 455 | 500 | 5000 | 200 | 锐钛矿 | 0.38 | 99＜ | 0.90 | |
| 10 | ZnS:Ag，Cl | 399 | 500 | 5000 | 55 | 锐钛矿 | 0.38 | 99＜ | 0.20 | |
| 11 | ZnS-20MgS:Ag，Cl | 369 | 500 | 5000 | 23 | 锐钛矿 | 0.38 | 99＜ | 0.00 |
*表示对比例
由于包绕光催化片和面发光体，不但实现过滤功能，而且也可以分解TCE。使用对可见光敏感的光催化剂时，随着发射光波长变短，分解增加。其原因被认为是光的能量更大。对可见光敏感的光催化剂与发射400nm或更小的峰值波长的紫外光的EL片结合时，分解性能没有如此之高。其原因被认为是EL片发射的光的强度低(可见光强度和紫外光强度的总和)。
在使用锐钛矿光催化剂的情况下，用UV-发射EL片显示出较高的分解性能。其原因被认为是锐钛矿光催化剂性能大于对可见光敏感的光催化剂的性能，和因此在甚至当EL片发射的光的强度(可见光强度和紫外光强度的总和)低时，具有相对高的光催化性能。
[工业实用性]
本发明的面发光器件可被用作过滤设备。这种情况下，从悬浮在流体中的粒子当中收集大于具有催化功能的多孔结构孔的物质。因为本发明的面发光器件可被制造成非常薄的结构，所述器件具有各种应用，并在用作空气净化等的过滤器时产生明显的效果。例如，在所述器件置于空气调节器的进气口时，所述空气调节器等可具有空气净化功能。
本发明的面发光器件其特征在于具有有效的热辐射功能，这是因为存在通孔，据此理由面发光体不会容易地因为热而变差，甚至当施加较高电压和较高频率发光时也是如此。
本发明的面发光器件可被用于显示器应用，同时透过空气或其他气体。因为这种情况下也可以防止发热，所以所述显示器会具有长的使用寿命。
本发明的面发光器件可以应用于各种领域，包括大气中污染物的分解和除去，例如NOx，SOx，CO气体，内燃机颗粒，花粉，灰尘和虱类；含在污水中的有机化合物的分解和除去；常见细菌和病毒的消毒；化工厂产生的有害气体的分解；臭气组分的分解等。作为制品，本发明可以在上述领域中开发各种过滤器，并可以应用于空气净化，污水过滤，各种净水器，驱昆虫剂等。
本发明也可以用于EL显示器，移动式电话的背光光源，用于数字摄象机的数字照片打印机的固定调色器的光源，固化UV固化树脂的光源和医用光催化剂涂覆的导管的消毒光源。
与发射可见光的余辉无机发光材料结合时，本发明可被用作在白天通过AC电场发光的显示器或过滤器，并在夜间没有电源时继续发光。
通过利用平均波长365nm的紫外光吸引昆虫的事实，本发明也可以用作片状昆虫吸引板。该应用对于防止疟疾等有效。
本发明的光学辅助型陶瓷过滤器是可用发射可见光或紫外光的面发光体激发光催化剂的陶瓷过滤器，而且具有分解有机物或杀死细菌或病毒的功能。本发明的过滤器置于低清洁度液体中并在其中操作，从而不使用紫外灯、紫外LED或其他这类外界紫外线光源的情况下就可有效地进行催化反应。特别是，甚至在不能用外界光源处理的高度UV吸收性低清洁度流体的情况下，也可以有效地进行催化反应。
本发明的光学辅助型陶瓷过滤器通常用于过滤液体，但是也可以用作气体过滤器。例如，其中NOx，SOx及其他这类有害气体与煤烟灰尘和内燃机微粒一起含于大气中的情况下，通过过滤功能可以收集煤烟灰尘和内燃机微粒，可以通过光催化功能分解NOx和其他气体。本发明也可被应用于各种领域，包括花粉，灰尘和虱类的分解和除去；含于污水中的有机化合物的分解和除去；常见的细菌和病毒的消毒；化工厂产生的有害气体的分解和臭气组分的分解。作为制品，本发明可以在上述领域中开发各种过滤器，并可应用于空气净化，污水过滤，各种净水器，驱昆虫剂等。
Claims (31)
1.一种面发光器件，其特征在于，包括：
面发光体，其具有通过电致发光发射可见光或紫外光功能；和
多个通孔，其在垂直于面发光体表面的方向上形成作为流体通道。
2.根据权利要求1的面发光器件，其特征在于，具有光催化剂的多孔层置于面发光体的顶部和/或底部表面上。
3.根据权利要求1或2的面发光器件，其特征在于，所述通道填充有具有光催化剂的多孔结构。
4.根据权利要求1～3任一项的面发光器件，其特征在于，除电极部分，所述面发光体与外部电绝缘。
5.根据权利要求1～4任一项的面发光器件，其特征在于，所述面发光体具有多个以固定间隙间隔放置的矩形发光层，其中所述间隙组成通道。
6.根据权利要求1～4任一项的面发光器件，其特征在于，所述面发光体具有以点阵形式放置的发光层，其中所述间隙组成通道。
7.根据权利要求1～6任一项的面发光器件，其特征在于，发射的可见光或紫外光集中于所述通道内。
8.根据权利要求7的面发光器件，其中所述面发光体的发光层被反射可见光和/或紫外光的元件包封。
9.根据权利要求1～8任一项的面发光器件，其特征在于，由通道占据的表面积(通道表面积比)为面发光体全部表面的30～70％。
10.根据权利要求1～9任一项的面发光器件，其特征在于，所述面发光体发射的光谱的峰值波长是540nm或更小。
11.根据权利要求10的面发光器件，其特征在于，由面发光体发射的光谱的峰值波长是460纳米或更小。
12.根据权利要求11的面发光器件，其特征在于，由面发光体发射的光谱的峰值波长是400纳米或更小。
13.根据权利要求1～12任一项的面发光器件，其特征在于，将无机EL器件或有机EL器件用作面发光体。
14.根据权利要求13的面发光器件，其特征在于，
用于无机EL器件的无机发光材料的通式是Zn(1-x)AxS:Cu，D(其中A是选自Be、Mg、Ca、Sr和Ba的2A族元素的至少一种；D是选自3B族元素或7B族元素的至少一种元素；x的值是0＜x＜1)；和
所述无机发光材料具有发射蓝色-Cu光的功能。
15.根据权利要求13的面发光器件，其特征在于，
用于无机EL器件的无机发光材料的通式是Zn(1-x)AxS:Ag，D(其中A是选自Be、Mg、Ca、Sr和Ba的2A族元素的至少一种；D是选自3B族元素或7B族元素的至少一种元素；x的值为0＜x＜1)；和
所述无机发光材料具有发射蓝色-Cu光的功能。
16.根据权利要求2～15任一项的面发光器件，其特征在于，所述具有光催化剂的多孔层是泡沫金属、泡沫陶瓷或纺织树脂织物。
17.根据权利要求2～16任一项的面发光器件，其中所述具有光催化剂的多孔层是陶瓷过滤器。
18.根据权利要求17的面发光器件，其特征在于，
所述陶瓷过滤器具有多个通道；和
所述通道与面发光器件的通道相连接。
19.根据权利要求2～18任一项的面发光器件，其特征在于，所述多孔层和具有光催化剂的多孔结构具有500μm或更小的平均孔径。
20.根据权利要求2～19任一项的面发光器件，其特征在于，所述面发光体和多孔层重复堆叠。
21.一种使用根据权利要求1～20任一项的面发光器件得到的过滤设备。
22.一种使用根据权利要求21的过滤设备得到的用于空气净化器或空气调节器的过滤器。
23.一种光学辅助型陶瓷过滤器，其特征在于，包括：
陶瓷过滤器，其有多个通道；和
置于所述陶瓷过滤器侧面上的光催化层和面发光体。
24.根据权利要求23的光学辅助型陶瓷过滤器，其特征在于，所述陶瓷过滤器的通道垂直于所述陶瓷过滤器的截面。
25.根据权利要求23或24的光学辅助型陶瓷过滤器，其特征在于，在面发光体中垂直于所述面发光体表面的方向上，形成多个通孔。
26.根据权利要求23～25任一项的光学辅助型陶瓷过滤器，其特征在于，由所述面发光体发射的光谱的峰值波长是460nm或更小。
27.根据权利要求26任一项的光学辅助型陶瓷过滤器，其特征在于，由所述面发光体发射的光谱的峰值波长是400nm或更小。
28.根据权利要求23～27任一项的光学辅助型陶瓷过滤器，其特征在于，所述面发光体通过分散型无机EL发光。
29.根据权利要求28的光学辅助型陶瓷过滤器，其特征在于，所述无机EL电极由反射光的材料形成。
30.根据权利要求28或29的光学辅助型陶瓷过滤器，其特征在于，
用于无机EL器件的无机发光材料的通式是Zn(1-x)AxS:Cu，D(其中A是选自Be、Mg、Ca、Sr和Ba的2A族元素的至少一种；D是选自3B族元素或7B族元素的至少一种元素；x的值为0＜x＜1)；和
所述无机发光材料具有发射蓝色-Cu光的功能。
31.根据权利要求28或29的光学辅助型陶瓷过滤器，其特征在于，
用于无机EL器件的无机发光材料的通式是Zn(1-x)AxS:Ag，D(其中A是选自Be、Mg、Ca、Sr和Ba的2A族元素的至少一种；D是选自3B族元素或7B族元素的至少一种元素；x的值为0＜x＜1)；和
所述无机发光材料具有发射蓝色-Cu光的功能。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP176881/2004 | 2004-06-15 | ||
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| CN 200580019627 Pending CN1968743A (zh) | 2004-06-15 | 2005-05-27 | 面发光器件、使用它的过滤器、光学辅助型陶瓷过滤器 |
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| CN (1) | CN1968743A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105013320A (zh) * | 2014-04-24 | 2015-11-04 | 吴明番 | 一种可见及近红外光led光触媒装置及其制备方法 |
| CN112423797A (zh) * | 2018-07-19 | 2021-02-26 | 株式会社妈思康 | 固体芳香剂组合物及其制备方法 |
-
2005
- 2005-05-27 CN CN 200580019627 patent/CN1968743A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |