CN201623365U - 一种用于氧负离子发生器的组合电极 - Google Patents

Abstract

一种用于氧负离子发生器的组合电极，所述组合电极(4)由相对向的第一电极(1)和第二电极(3)、介于这对电极之间的电绝缘介质(2)以及起支撑固定作用的支承机构(7)组成，该组合电极具有一定电容量、具有储存电子和释放电子的特性、使用低压电压，所述第一电极(1)为氧负离子产生机构，其表面附着对氧气敏感的半导体材料，所述第一电极(1)和第二电极(3)分别设有导线连接机构(5)和(6)。该组合电极整合了对氧气敏感的半导体材料、电容的固有特性，实现从低压电源提取电子供给所述半导体材料，从而能在低压电压的作用下不断产生具有高活性的氧负离子。该组合电极配上适用的低压电源可组成实用的氧负离子发生器。

Description

一种用于氧负离子发生器的组合电极

技术领域

本实用新型涉及一种用于氧负离子发生器的组合电极。

背景技术

空气负离子在改善空气质量方面得到广泛应用。最常用的空气负离子发生技术是电晕放电，即将充分高的电压施加在一对电极上，利用强电场的作用，使放电极附近的电晕区之外产生大量的空气负离子。电晕放电虽然能产生大量的空气负离子，但同时也产生较多的臭氧和一氧化氮，给空气带来新的污染物。空气负离子的成分主要有氧负离子，它是以与水分子结合的形式存在的，即O₂ ^-(H₂O)_n(n为自然数)，因而无法分解空气有机污染物，只能借助凝结和吸附作用，使空气中的固相或液相污染物微粒沉降，降低污染物的浓度来净化空气。可见，上述负离子技术无法充分发挥氧负离子的作用，距离有效改善空气质量的要求还有一定的距离。

发明内容

本实用新型解决的技术问题是，提供一种用于氧负离子发生器的组合电极，该组合电极在低压电压的作用下能产生具有高活性的氧负离子。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种用于氧负离子发生器的组合电极，其特征在于，所述组合电极4由相对向的第一电极1和第二电极3、介于这对电极之间的电绝缘介质2以及起支撑固定作用的支承机构7组成，该组合电极具有一定电容量、具有储存电子和释放电子的特性、使用低压电压，所述第一电极1为氧负离子产生机构，其表面附着对氧气敏感的半导体材料，所述第一电极1和第二电极3分别设有导线连接机构5和6。

所述第一电极1为泡沫镍网或泡沫钛网或泡沫铁镍网，所述半导体材料为纳米二氧化钛，所述第二电极3为不锈钢网或钛金属网或铁丝网，所述电绝缘介质2为可通过气体的电绝缘层。

所述电绝缘层为纱布或无纺布或由涂覆在所述第二电极3表面的电绝缘材料所形成。

所述电绝缘层为空气。

所述导线连接机构5和6为焊接在对应电极上的接线柱。

所述支承机构7为非金属框架或由粘结胶构成。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型可以在低压电压的作用下产生氧负离子，不会产生臭氧和一氧化氮。本实用新型由于使用较低电压，电极周围的空气不会被电离，避免了产生臭氧和一氧化氮，且所产生的氧负离子纯度高、活性高。空气负离子发生器的电极使用高压电压，在产生负离子的同时，还产生无益的臭氧和一氧化氮，且负离子成分复杂，其中的氧负离子是以与水分子结合的形式存在的，水分子包围了氧负离子，使氧负离子无法直接与周围的有机污染物接触，因而抑制了其分解有机污染物的作用。

对氧气敏感的半导体材料，如二氧化钛、氧化锆等，具有化学反应强、对氧气敏感、易于还原的特性，可作为氧传感器的材料。由于二氧化钛是常见的半导体材料，且对使用条件没有特殊要求，本实用新型优先选用二氧化钛。常温下，二氧化钛与氧气接触时便发生强烈的氧化还原反应，二氧化钛上的电子还原氧气分子生成氧负离子，所生成的氧负离子纯度高、活性高，能快速分解空气有机污染物。二氧化钛失去电子后晶格结构发生变化，电阻值增大，此时，二氧化钛很容易被还原，恢复原来的晶格结构。失去电子的二氧化钛被还原后，继续与氧气进行反应生成氧负离子，此过程周而复始，便不断产生氧负离子。为了使失去电子的二氧化钛得到还原，必须向它提供电子。为此，令一对电极组成具有一定电容量的组合电极，并在其中的一个电极的表面附着二氧化钛，然后对该电极施加负电压，另一电极施加正电压，则可向附着二氧化钛的电极储存电子，此时，电极表面失去电子的二氧化钛便可从电极上获取电子，从而被还原。另一方面，附着二氧化钛的电极接负电压时，该电极呈负极性，可促使氧负离子离开该电极的表面，使二氧化钛与氧气的反应能继续进行。二氧化钛从电极上获取电子得到还原，继而又和氧气分子发生反应，二氧化钛上的电子向氧气分子转移，还原氧气分子生成氧负离子，氧负离子离开电极进入空气中，此过程即是电极释放电子的过程。也就是说，利用组合电极的储存电子和释放电子的特性，可实现向电极表面的二氧化钛提供电子，使失去电子的二氧化钛得到还原，使附着二氧化钛的电极能够继续产生氧负离子。

使用低压电压便可实现向上述附着二氧化钛的电极储存电子。

由上述可见，本实用新型在低压电压的作用下能产生氧负离子，克服了现有技术的缺点，有明显的技术进步，而且本实用新型结构简单、取材容易、可构成产能高的氧负离子发生器，具有很强的实用性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

图1a是本实用新型一种用于氧负离子发生器的组合电极的A-A剖面图。

图1b是本实用新型一种用于氧负离子发生器的组合电极的主视图。

具体实施方式

如图1a、1b所示是本实用新型一种用于氧负离子发生器的组合电极的A-A剖面图和主视图(图示为平板形结构，其它形状未画出，其原理与平板形相同)。所述组合电极4由两个相对向的电极，即第一电极1和第二电极3，以及介于这对电极之间的电绝缘介质2，支撑和固定所述电极和所述绝缘介质的支承机构7组成，它具有一定的电容量，具有储存电子和释放电子的特性。所述第一电极1的表面附着对氧气敏感的半导体材料，能产生氧负离子。所述第一电极1和第二电极3相应设有包含接线柱的导线连接机构5和6，供接入电压使用。导线连接机构可以有不同的形式，即从电极引出接线柱的方式有多种，例如单点引出、多点引出等等。所述电极1、3可以有各自的大小和形状，它们与绝缘介质2之间可以是紧贴或者是有一定的间隙，以所组成的组合电极4具有一定的电容量为准。所述电极1、3和绝缘介质2通过所述支承机构7结合成一个整体，组合成所述组合电极4。电极的材质为电导体材料，为了增加电极的有效表面积，可采用多孔结构的金属电极，例如金属网、泡沫金属等，并且在应用时让气流穿过电极，以增加空气与电极的接触面积。此外，电极也可采用不透气材料。

从实用角度出发，所述第一电极1的材质结构优选为泡沫镍网或泡沫钛网或泡沫铁镍网，所述半导体材料优选为纳米二氧化钛，即所述第一电极1优选为表面覆盖纳米二氧化钛的泡沫镍网或泡沫钛网或泡沫铁镍网；所述第二电极3优选为不锈钢网或钛金属网或铁丝网；所述电绝缘介质2则优选为可通过气体的电绝缘层。所述电绝缘层可优先采用纱布或无纺布，或者由涂覆在所述第二电极3表面的电绝缘材料(例如绝缘漆)所形成。在电极面积足够大，电极间的距离足以防止电极短路的情况下，绝缘介质也可由空气充当。所述导线连接机构5、6优选为单点引线结构，即将接线柱直接焊接到电极上。所述支承机构7采用非金属材料，例如塑料，做成框架，框架的形状与电极的形状相适应，并且在对应于所述导线连接机构5和6的接线柱位置处设置通孔8和9，以放置所述接线柱。所述支承机构7还可由粘结胶构成，即利用粘结胶，例如热熔胶等，将所述电极1、3和绝缘介质2粘结成一个整体，组合成所述组合电极4。

所述第一电极1的材质结构以及二氧化钛的粒径、纯度对氧负离子的产率有重大影响，要求电极有良好的导电性能、足够大的表面积，二氧化钛的纯度要尽量高、粒径尽可能小，以便增加参与反应的二氧化钛分子的数量。泡沫镍是常用的电极材料，具有优良的导电性能，且比表面积大。纳米二氧化钛具有粒径小，吸附能力强，有利于增进其与氧气的反应。因此，所述第一电极1首选为表面覆盖纳米二氧化钛的泡沫镍网。泡沫镍网的孔隙率越大，比表面积越大，气阻越大，确定孔隙率时应考虑电极大小、气流量等因素，通常孔隙率可在40～110ppi之间选取。泡沫镍网厚度的选取原则是，孔隙率小，则取大厚度，孔隙率大，则取小厚度。一般情况下，采用110ppi×1.5mm的泡沫镍网可获得良好的综合性能。二氧化钛的粒径小有利于增加二氧化钛与氧气的接触，提高氧负离子的产率，可优选粒径小于20nm的二氧化钛。上述二氧化钛泡沫镍网电极可采用如下方法制作：①除去泡沫镍网表面的灰尘、氧化物等有害物质；②调制浓度为1.5％～2.5％的高纯度二氧化钛溶胶；③用浸泡法将二氧化钛负载到泡沫镍网上。用浸泡法负载二氧化钛的优点是泡沫镍的表面都能被二氧化钛覆盖。制作时可使用压缩空气控制二氧化钛膜的厚度，其厚度以不产生粉化现象为限。此外，也可采用其他方法制作，如喷涂法等。

所述第二电极3的结构会影响所述组合电极4的电容量，即影响到电极储存电子的效果，最终影响氧负离子的产率。组合电极的电容量还与电极间的距离、绝缘介质等有关，电容量的确定应与应用要求结合起来，具体值可用实验的方法来确定。从经济性方面考虑，同时兼顾使用性能，所述第二电极3可首选不锈钢网。不锈钢网的孔数可在40～200目之间选取，具体还要考虑电极大小、形状等因素。

所述绝缘介质2的作用主要是隔离所述第一电极1和第二电极3，防止它们接触，造成短路，其次，也可用来调节组合电极的电容量。对于一般用途，可选用无纺布、纱布等价廉易得的绝缘材料，在满足使用要求的情况下，尽可能选择气阻较低的材料。在所述第二电极3的表面涂覆绝缘材料，例如绝缘漆，也可起到防止所述第一电极1和所述第二电极3短路的作用，这样可以省去独立的绝缘层，使组合电极的结构更加简洁。

所述组合电极4可以做成各种各样的形状，如平板形、圆筒形、波纹状、弧形、不规则形状等，应用灵活方便，具体根据实际应用要求而定。

上述二氧化钛泡沫镍网在自然空气环境中，其表面可产生氧负离子，这是由二氧化钛的特性决定的。实验证明，在某种外力的作用下，例如电场力、气流、光照射、热辐射、高温水汽等的作用下，氧负离子可脱离二氧化钛泡沫镍网的表面进入空气中。在没有外部干扰的情况下，二氧化钛失去电子后，其晶格结构稳定，因而它可以作为氧传感器的材料。将二氧化钛泡沫镍网作为一个极板，与它相对向加入另一个金属极板，并在这对极板之间放置绝缘层，防止极板接触，调节两极板之间的距离，同时测量这对极板的电容量，使其可测到具体的数值。实验表明，当极板之间的距离在一定范围内时，可以测量到极板间存在电压，且该电压值随时间和不同环境因素出现变化，有时甚至会出现极性反转。上述现象说明，在对二氧化钛泡沫镍网加入干扰因素后，二氧化钛分子上出现明显的电子变动迹象，由此证明，二氧化钛可起向极板以外输送电子的作用。显而易见，电容具有快速的充电储能和放电特性，对上述极板施加电压，电源上的电子便会流向极板，储存到极板上，此时，如果二氧化钛泡沫镍网接负电压，便有电子流入，由于二氧化钛易于还原，失去电子后的二氧化钛可获取来自电源的电子使晶格得到恢复。

由上可见，通过准确配置极板的组成以及两极板所形成的结构，使其具备：有一个极板能产生氧负离子；两个极板形成一定的电容量，且能起储存电子和释放电子的作用，同时配以必要措施，可组成具有实用价值的用于氧负离子发生器的组合电极。

以下是一种可用于小型氧负离子发生器的平板形组合电极的具体参数：

第一电极1：泡沫镍网的孔隙率为110ppi、厚度为1.5mm、纯度为不小于98％；纳米二氧化钛的粒径为5～10nm、纯度为不小于95％。

第二电极3：80目不锈钢网。

电绝缘层2：经密×纬密为118×110的纱布。

制作步骤如下：

①按设定的尺寸和形状裁剪二氧化钛泡沫镍网，然后在其边缘适当位置焊接上接线柱；

②裁剪不锈钢网，形状与上述泡沫镍网相同，但尺寸较其大，两者对应边缘距离为5mm左右，然后在靠近边缘适当位置焊接上接线柱；

③平铺好不锈钢网，在其上铺上纱布绝缘层，让纱布完全盖住不锈钢网；

④将已裁剪好的二氧化钛泡沫镍网与不锈钢网对中并放到纱布绝缘层上，用适当的力使三者尽量紧贴，然后绕着泡沫镍网的边缘填上热熔胶，使三者牢固粘结成一体。

上述组合电极配上合适的低压电压源、风机、壳体等便可组成实用的氧负离子发生器，用于杀菌、去除空气有机气体污染物，清新室内空气。

Claims (6)

1.一种用于氧负离子发生器的组合电极，其特征在于，所述组合电极(4)由相对向的第一电极(1)和第二电极(3)、介于这对电极之间的电绝缘介质(2)以及起支撑固定作用的支承机构(7)组成，该组合电极具有一定电容量、具有储存电子和释放电子的特性、使用低压电压，所述第一电极(1)为氧负离子产生机构，其表面附着对氧气敏感的半导体材料，所述第一电极(1)和第二电极(3)分别设有导线连接机构(5)和(6)。

2.根据权利要求1所述的用于氧负离子发生器的组合电极，其特征在于，所述第一电极(1)为泡沫镍网或泡沫钛网或泡沫铁镍网，所述半导体材料为纳米二氧化钛，所述第二电极(3)为不锈钢网或钛金属网或铁丝网，所述电绝缘介质(2)为可通过气体的电绝缘层。

3.根据权利要求2所述的用于氧负离子发生器的组合电极，其特征在于，所述电绝缘层为纱布或无纺布或由涂覆在所述第二电极(3)表面的电绝缘材料所形成。

4.根据权利要求2所述的用于氧负离子发生器的组合电极，其特征在于，所述电绝缘层为空气。

5.根据权利要求1所述的用于氧负离子发生器的组合电极，其特征在于，所述导线连接机构(5)和(6)为焊接在对应电极上的接线柱。

6.根据权利要求1所述的用于氧负离子发生器的组合电极，其特征在于，所述支承机构(7)为非金属框架或由粘结胶构成。

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