CN206852090U - 一种mofs材料口罩 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种MOFS材料口罩，由两个无纺布绝缘材料层夹住MOFS材料层组成，所述MOFS材料层与两个无纺布绝缘材料层之间分别设有压电片，两个压电片通过呼吸的空气流动产生电场，MOFS材料层在电场的作用下产生带电粒子，所述带电粒子使空气中带电杂质聚集在MOFS材料层上，从而被过滤掉。本新型口罩采用了新材料结合电力电子技术，对现市场上的口罩进行了改良，利用呼吸发出的电提高了口罩的吸附过滤性能，加入了光催化分解有害气体的功能，且使口罩的清洁变得容易，延长了口罩的使用寿命。其可广泛用于生活中的雾霾防护，也可在工业生产中，有效吸附过滤清洁工业粉尘，保护工人的身体健康。

Description

一种MOFS材料口罩

技术领域

本实用新型涉及一种口罩，具体涉及一种MOFS材料口罩。

背景技术

随着微电子技术的发展，高度集成化，低能耗电子器件日已更新，小能量往往能发挥大用处。突破传统化学能电池作为供电方式，充分利用呼吸过程中产生的能量，提出新型的供能储能用能方式，有着重大意义。

压电效应是电介质材料中一种机械能与电能互换的现象。正压电效应指的是当沿着晶片的某些方向施加作用力使晶片发生机械形变，晶片上相对的两个表面会出现等量的正负电荷，电荷的面密度与施加的力的大小成正比，外力与端面积越大，出现的电荷就越多。端面的电荷符号视外力而定，当外力去掉以后，又重新恢复不带电的状态。图1为正压电效应示意图。目前已知的压电材料有几十种，包括石英，电气石，罗息盐等铁电体，随着材料技术的日益更新，压电陶瓷广泛使用，也有非常强及稳定的压电性能。

金属有机框架材料(简称MOFS)是一类有机-无机杂化材料，由有机配体与金属中心经过自组装形成的具有可调节孔径的材料。与传统无机多孔材料相比，MOFS材料具有更大的比表面积，更高的孔隙率，结构及功能更加多样，因而已经被广泛应用于气体吸附与分离、传感器、药物缓释、催化反应等领域中。MOFS最大的特点就是表面孔特别多，甚至可以调控到零点几纳米一个孔，里面的孔如果全部把它剖开，1克的材料能铺展8000㎡，能覆盖一整个足球场。因此MOFS是现在已知材料里表面积最高的一种。表面积高意味着它能吸附各种各样的气体和液体，有人就把它叫做“分子海绵”。

根据现有技术，防毒面具或者口罩要想生效，必须材料的密度非常密，阻隔空气中的有害分子。最极端的情况，我们拿一张纸糊在嘴上，PM2.5肯定过不来，但同时空气也过不来。工业条件下也是一样，不过风是没有意义的，废气排不出来。MOFS的意义就在于，在最低气阻条件下，防止有害气体通过。最低气阻的意思就是能过风，如同戴口罩的时候呼吸顺畅。

为了使原本为粉末状的MOFS材料可制成口罩，现已有第二代的MOFS薄膜材料又叫MOFSilter，是通过结构和组分调控，采用原位生长工艺，精准控制表界面结构，实现具有丰富表面电荷，酸或碱性基团，金属氧化物催化位点的，具有极高稳定性、机械强度的柔性膜。

目前市面上的防霾口罩大多数是使用聚丙烯超细纤维或者过氯乙烯超细纤维的材料，其通过惯性撞击和拦截作用实现对污染颗粒的过滤，而MOFS材料通过吸附污染物颗粒来实现过滤。这是因为MOFS材料一是通过孔来筛选，比孔大的分子进不来，和孔的形状不一样的分子也进不来。第二个办法是，孔道内修饰一些不同的集团。举个最简单的例子，PM2.5是中性偏酸的，集团内部偏碱一点，酸碱一中和，吸附能力就很强，这叫做“特异性吸附”。这两点作用实现以后，MOFS材料就能够对空气中有毒有害阻分进行吸附。不仅如此，MOFS材料还能对空气中的有害气体进行降解，实际上MOFS这种分解作用是一个光催化的过程。MOFS是先把有害物质吸附进去，然后在光照条件下缓慢地分解它，内部就像一个小工厂一样运行，这是MOFS相较于其他材料的独特之处。

且MOFS材料具有良好的电性能，具有一定的导电性。

但是尽管MOFS材料具有上述众多优点，现有技术中MOFS材料制成的口罩对空气中有害物质的吸附、催化分解转化效率并不高，还没有在提供较舒适的呼吸佩戴感的同时，达到比较理想的过滤空气中有害物质的水平，因此需要进一步提高MOFS材料制成口罩的过滤效率。另外MOFS材料虽然具有强大的吸附作用，但并不能将口罩中的残留的所有颗粒物分解掉，这些残留的颗粒物不好清理，若不及时清除会影响口罩的过滤性能及其使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种利用MOFS材料的口罩，利用呼吸过程中微弱的机械能产生电能，对整个口罩实现净化。

本实用新型的另一目的在于MOFS材料过滤性能有限，在利用其良好的电性能，改善其过滤性能；

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种MOFS材料口罩，由两个无纺布绝缘材料层夹住MOFS材料层组成，其特征在于：所述MOFS材料层与两个无纺布绝缘材料层之间分别设有压电片，两个压电片通过呼吸的空气流动产生电场，MOFS材料层在电场的作用下产生带电粒子，所述带电粒子使空气中带电杂质聚集在MOFS材料层上，从而被过滤掉。

作为改进，所述压电片设于口罩的中部区域，压电片占口罩面积的1/3-1/2。

作为改进，所述压电片为椭圆形。

本实用新型的有益效果是：

利用压电效应收集呼吸过程中微小的能量，节能环保，产生电场对口罩内部进行除尘处理。而这种发电方式具有结构简单，不发热，不受电磁干扰，易于加工制作以及实现结构上的小型化，集成化的优点。

本新型口罩采用了新材料结合电力电子技术，对现市场上的口罩进行了改良，利用呼吸发出的电提高了口罩的吸附过滤性能，加入了光催化分解有害气体的功能，且使口罩的清洁变得容易，延长了口罩的使用寿命。其可广泛用于生活中的雾霾防护，也可在工业生产中，有效吸附过滤清洁工业粉尘，保护工人的身体健康。

MOFS材料通过吸附作用来实现过滤，利用呼吸发出的电在口罩内部构成一个电场，可加强其过滤性能，这是由于MOFS材料的电性能决定的。MOFS材料具有一定的导电性，在电场的作用下可加强对空气中带电粒子的吸附作用，同时电场能使空气中的粒子发生电离带电，在电场的作用下向一极移动，便于空气微粒事物收集和清理。MOFS材料具有分解空气中有害气体的功能，相比于传统口罩，具有更优的性能。

附图说明

图1为正压电效应示意图。

图2为MOFS材料口罩结构示意图。

图3为压电片处的口罩切面图。

图4为本实用新型工作流程图。

附图标记：1-口罩，2-MOFS材料层，3-无纺布绝缘材料层，4-压电片。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行举例说明。

如图2和图3所示，一种MOFS材料口罩，由两个无纺布绝缘材料层3夹住MOFS材料层2组成，所述MOFS材料层2与两个无纺布绝缘材料层3之间分别设有压电片4，两个压电片4通过呼吸的空气流动产生电场，MOFS材料层2在电场的作用下产生带电粒子，所述带电粒子使空气中带电杂质聚集在MOFS材料层2上，从而被过滤掉。所述MOFS材料层2为MOFS膜状材料。

所述压电片4设于口罩1的中部区域，为了保证口罩1的透气性，压电片4占口罩1面积的1/3-1/2。

所述压电片4为椭圆形。

本实用新型工作原理，呼吸过程中，口罩1内部空气流动，空气流体的流动会产生极小的力的作用，但这部分极小的力足以使得压电片4产生压电效应，从而产生电场。因此在MOFS材料层2内外表面各放置一片压电片4，压电片4的面积要足够大且形状合理，能够覆盖呼吸过程中有气体流动的区域，且要正对于呼吸气流的方向，以便收集呼吸的能量。在利用压电效应的情况下，当压电片4表面受到呼吸过程中力的作用，压电片4内部产生极化作用，压电片4内部一段出现正束缚电荷，另一端出现负束缚电荷，在MOFS材料层2的两面产生电场。MOFS材料层2具有一定的导电性，在电场的作用下会产生带电粒子，可与空气中某些带电粒子中和，达到吸附作用，实验表明：利用正负极板电场作用可增加口罩1的过滤性能。同时电场能使空气中的粒子发生电离带电，在电场的作用下向一极移动，MOFS材料层2并不能将口罩1中残留的所有分子都分解掉，通过电场作用可使分子都聚集在电场的一极，便于清理。

Claims (3)

1.一种MOFS材料口罩，由两个无纺布绝缘材料层夹住MOFS材料层组成，其特征在于：所述MOFS材料层与两个无纺布绝缘材料层之间分别设有压电片，两个压电片通过呼吸的空气流动产生电场，MOFS材料层在电场的作用下产生带电粒子，所述带电粒子使空气中带电杂质聚集在MOFS材料层上，从而被过滤掉。

2.根据权利要求1所述一种MOFS材料口罩，其特征在于：所述压电片设于口罩的中部区域，压电片占口罩面积的1/3-1/2。

3.根据权利要求2所述一种MOFS材料口罩，其特征在于：所述压电片为椭圆形。