专利名称：一种光能氧负离子发生装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用光能氧负离子发生装置的仪器、设备和装置等。具体地说有空气调节设备、空气净化设备、冰箱、负离子发生器、杀菌装置、促进燃烧装置等。
背景技术：
二氧化钛具有对氧气敏感的特性，即在常温条件下，当氧分子与二氧化钛分子接触时，氧分子便能夺走二氧化钛分子内的电子，氧分子带负电成为氧负离子，失去电子后的二氧化钛分子的晶格结构发生变化，表现为电阻值的变化。失去电子的二氧化钛晶格是不稳定的，易于还原，容易从外界获得电子，恢复原来的晶格结构。利用这一特性，二氧化钛可作为氧传感器的材料。二氧化钛氧传感器已广泛应用在汽车上，证明二氧化钛对氧气的反应是快速的，且性能稳定。二氧化钛光催化反应是利用紫外线光照射二氧化钛分子，使二氧化钛分子内的电子跃迁产生光生电子-空穴对，在氧分子和水分子的参与下进行的，结果氧分子与光生电子结合形成氧负离子，水分子被光生空穴夺去电子生成氢氧自由基，失去电子后的二氧化钛分子得到复原。由于二氧化钛光催化存在光生电子-空穴对复合的问题，使得氧负离子的产出率低下，即使有氢氧自由基的协同作用，它在治理空气有害气体污染方面仍是效果不理想，未能真正实用化。
发明内容本发明要解决的技术问题是，提供一种光能氧负离子发生装置，利用电子和空穴复合的特性、二氧化钛对氧气敏感的特性，以及光子快速高效的特性，通过设置作为二氧化钛载体的导电体的结构，使导电体两个相对的面或区域上所覆盖的二氧化钛分别工作在光催化和与氧气自然作用的不同状态，使电子和空穴的复合有序化，从而大幅度提高氧负离子的产率，克服现有技术的不足。为了解决上述问题，本发明提供一种光能氧负离子发生装置，包括光源组件10、导电组件20和支撑、固定前者的支撑件3 0，其特征在于，所述光源组件10置于所述导电组件20的一侧，由紫外线发光器件11和电源12组成。所述紫外线为波长小于400nm的光波。所述导电组件20由导电体和覆盖在该导电体两个相对的面或区域上的二氧化钛薄膜层构成，具有三个功能区:受光区21、阻光区22和自然区23。所述受光区21的二氧化钛工作在光催化状态。所述自然区23的二氧化钛工作在自然作用状态。所述自然作用状态是指二氧化钛分子直接与空气中的氧分子起作用，该作用不受外界因素的影响，或者受外界因素的影响不明显。所述导电体为金属平板。所述导电体为泡沫金属网。所述导电体为由两层泡沫金属夹一层通气、导电但不透光的材料所组成。所述泡沫金属为泡沫镍。所述二氧化钛薄膜层为由纳米二氧化钛形成。[0010]所述通气、导电但不透光的材料为活性碳纤维。本发明的有益效果如下:本发明利用了电子和空穴复合的特性、二氧化钛对氧气敏感的特性、光子快速高效的特性，结合二氧化钛的载体的材质和结构，使氧负离子的产出率得到大幅度提高。现有技术无法解决光生电子-空穴对复合这一制约光催化实用化的技术瓶颈问题，这使得二氧化钛光催化难以得到推广使用。现有技术揭示了二氧化钛作为能量转换的介质，将光能转换成化学能，其过程伴随着光生电子-空穴对的复合。光生电子-空穴对的复合包括直接复合和间接复合，其复合过程呈无序状态。如果将光催化过程中光生电子-空穴对的复合加以引导，使其转化为有用行为，则光生电子-空穴对复合这一制约光催化实用化的技术瓶颈问题有望得到解决。假设一个导电体的两个相对的面上覆盖着二氧化钛薄膜层，其中的一个面用波长小于400nm的紫外线光照射，在光子的作用下，该面上的二氧化钛分子内的电子会产生跃迁，出现大量的光生电子形成富电子区；另一个面不受紫外线光照射，只是和空气接触，则空气中的氧分子会夺走二氧化钛分子内的电子，在该面上出现大量的空穴从而形成富空穴区。富空穴区的形成是二氧化钛分子与氧分子相互作用的必然结果。这样，富电子区的光生电子便会向富空穴区移动，最终与富空穴区的空穴复合，使该区失去电子的二氧化钛分子复原。可见，由于导电体的两个相对的面上作用条件不同，使得这两个面之间建立了电场，在该电场的作用下，电子和空穴的复合有序化。本发明便是基于上述原理，结合导电体的结构形式来实现的。导电体使光生电子能够从富电子区移向富空穴区，同时是二氧化钛的载体，与二氧化钛薄膜层构成导电组件。导电组件有三个功能区:a、紫外线受光区，该区受到紫外线光照射的表面上覆盖着二氧化钛薄膜层，二氧化钛工作在光催化状态山、阻光区，起阻止或减少紫外线光通过的作用；c、自然区，该区与空气接触的表面覆盖着二氧化钛薄膜层，二氧化钛工作在与氧气自然作用状态。实验表明，本发明用于净化空气时，易于实现空气净化器小型化，净化效果明显优于现有技术所能达到的，能有效治理新车等严重的有害气体污 染。本发明实用性强。与现有技术光催化系统相比，本发明大大提高了氧负离子的产出率，同时也加大光催化反应过程中氢氧自由基的生成量，使本发明更具实用性。本发明提出了一种有别于现有技术的崭新技术，具备先进性。本发明配置除尘网、循环风机、壳体等，可组成实用的空气净化机，解决空气污染问题。本发明配置除尘网、壳体等，可组成用于燃烧系统的促进燃烧装置，实现节能减排。本发明可作为一个独立部件，应用到其它需要产生氧负离子的产品中。本发明经过实际应用验证，性能稳定，效果理想。由此可见，本发明非常实用，能够产生明显的经济效益和社会效益。
以下结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明:
图1是本发明光能氧负离子发生装置的基本构造示意图，图2是图1的A-A剖面图。[0022]图3是本发明光能氧负离子发生装置的导电组件结构简图之一，图4是图3的A-A剖面图。图5是本发明光能氧负离子发生装置的导电组件结构简图之二，图6是图5的A-A剖面图。
具体实施方式
如图1所示是本发明光能氧负离子发生装置的基本结构形式，图2是它的A-A剖面图，该发生装置由三部分组成:光源组件10、导电组件20和支撑、固定前者的支撑件30。所述光源组件10置于所述导电组件20的一侧，由紫外线发光器件11和电源12组成。所述紫外线为波长小于400nm的光波。所述发光器件11为灯管、二极管、灯泡。所述电源12为与所述发光器件11相匹配的供电器件，向所述发光器件11提供必要的工作电压和工作电流。由于发光器件11和电源12均为常见商品，很容易从市场上购得，所以未画出详细内容。所述导电组件20由导电体和覆盖在该导电体两个相对的面或区域上的二氧化钛薄膜层构成，具有三个功能区:受光区21、阻光区22和自然区23。所述受光区21的受光面上覆盖着二氧化钛薄膜层，二氧化钛工作在光催化状态。当受光区21为通孔结构时，受光区便不是一个面，而是一个立体的区域。所述阻光区22的作用是阻止或减少所述光源组件10所发出的光通向所述自然区23。当阻光区22为通孔结构时，在阻光区22与受光区21不叠合的情况下，该区与空气接触的表面上可以有覆盖二氧化钛薄膜层，也可以不覆盖二氧化钛薄膜层，即空白的。所述自然区23与空气接触的表面上覆盖着二氧化钛薄膜层，二氧化钛工作在自然作用状态。所谓自然作用状态是指二氧化钛分子直接与空气中的氧分子起作用，该作用不受外界因素的影响，或者受外界因素的影响不明显。上述外界因素有所述光源组件10发出的光、自然光等等。当所述自然区23为通孔结构时，自然区便不是一个面，而是一个立体的区域。所述受光区21和自然区23分别位于所述导电组件20的两个相对的面或区域，所述阻光区22则存在于所述受光区21和自然区23之间，三个区共同形成一个整体。所述导电组件20的形状可以是规则的，如圆筒形、平板形、弧形、波纹形等，也可以是不规则的。所述支撑件30用来支撑、固定所述光源组件10和所述导电组件20。
·[0025]根据导电体的结构不同，包含三个功能区的导电组件可以是单一结构的，也可以是组合结构的，功能区之间的分界可以是明显的，也可以是不明显的。例如，导电体为金属(如铝、镍、钛、不锈钢等)平板，在该平板的两个相对的平面上都覆盖着二氧化钛薄膜层，这种导电组件是单一结构的，功能区的分界也较明显，受光区和自然区均由二氧化钛薄膜层和该平板的表面很薄的一层组成，光线不能从该平板的一侧穿过到达另一侧，其表面层之间即是阻光区。又如，导电体为泡沫金属网，具有通孔结构，在泡沫金属网与空气接触的面上都覆盖二氧化钛薄膜层，这种导电组件为单一结构，但功能区的分界不明显，如图3、图4所示。图4是图3的A-A剖面图。在图4中，光从所述受光区21通向所述自然区23是逐渐衰减的，当泡沫金属网的厚度足够大时，光线便不能穿过它，因此所述阻光区22与所述受光区21叠合，同时，所述阻光区22与所述自然区23存在一个交叉的区域，在这个区域内，只有极少量的光到达，所到达的光不影响该区域的二氧化钛工作在自然作用状态，可见，功能区之间的分界不明显。在实际应用时，由于受生产工艺的限制，通常需要将多块较薄的泡沫金属网叠加起来，才能满足所需的厚度。再如，导电体由两层泡沫金属夹一层通气、导电但不透光的材料所组成，泡沫金属的表面覆盖二氧化钛薄膜层，这样的导电组件属于组合结构。在实际应用中，采用组合结构的目的在于使用厚度小的泡沫金属，以节省泡沫金属材料。与不透光材料层相比，泡沫金属层对光的阻碍可以忽略，因此可以认为这种导电组件的功能区之间的分界是明显的，如图5、图6所示。图6是图5的A-A剖面图。在图6中，选择泡沫金属为泡沫镍网，通气、导电但不透光的材料为活性碳纤维，则所述受光区21和自然区23均为表面覆盖二氧化钛薄膜层的泡沫镍网，所述阻光区22为活性碳纤维。当然，受光区21和自然区23可以有各自的厚度、通孔率，其导电体的材质也可以是不同的，或者是不同材质的组合。所述阻光区22的厚度可根据实际需要进行确定，厚度薄则气流通过的阻力小。同样，所述阻光区22的材质可以是不同材质的组合。例如，由金属栅格和粒状活性炭组合成阻光区。由上可知,采用大比表面积的泡沫金属作为导电体时,可大大增加二氧化钛薄膜层的面积，有利于提高氧负离子的产率，合理选用阻光区的结构，可节省材料。由于导电体的电阻率直接影响电子从富电子区向富空穴区的移动，且与材料成本有关，选择导电体的材质时除考虑电阻率外还应考虑经济性。同一功能区的导电体的材质和结构可以是一致的，也可以是不同的，组合形式多种多样，可根据实际需要而定。在导电体上覆盖二氧化钛薄膜层的工艺有多种，可根据实际需要而定。所形成的二氧化钛薄膜层的厚度很薄，为纳米级，紧密贴附在导电体上。二氧化钛薄膜层可以由纳米二氧化钛形成。采用纳米二氧化钛作为原材料，通过喷涂、浸泡等工艺来生成二氧化钛薄膜层，此时应注意避免二氧化钛薄膜层出现粉化现象。如果纳米二氧化钛采取有效的改性措施，则所述发光器件11产生的光的波长可以是不小于400nm的。本发明光能氧负离·子发生装置的工作原理是:所述受光区21受到所述光源组件10发出的紫外线光照射时，在光子的快速高效作用下，受光面上的二氧化钛分子内的电子产生跃迁，产生光生电子-空穴对，部分光生电子和光生空穴分别与空气中的氧分子和水分子发生光催化反应，即光生电子和氧分子结合形成氧负离子，光生空穴夺走水分子内的电子生成氢氧自由基。光生空穴夺得电子使失去电子后的二氧化钛分子复原，确保了光催化反应能持续进行。另一部分光生电子和光生空穴则趋向于复合，在它们复合之前，所述受光区21呈现富电子状态，成为富电子区。由于二氧化钛对氧气非常敏感，常温条件下空气中的氧分子便能夺走与其接触的二氧化钛分子内的电子，所述自然区23的二氧化钛分子与氧分子接触时便会失去电子，留下大量空穴，从而使该区成为富空穴区，而得到电子的氧分子则变成氧负离子。由于所述受光区21这边的紫外光线难以穿过所述阻光区22，这就确保了所述自然区23的二氧化钛工作在自然作用状态。基于所述导电组件20的受光区21和自然区23分别形成了富电子区和富空穴区，这两个区之间便建立起了电场，在该电场的作用下，富电子区的光生电子向富空穴区移动，最终与富空穴区的空穴复合，使富空穴区中失去电子的二氧化钛分子得到复原，从而确保二氧化钛分子与氧分子的作用能持续进行。因此，所述导电组件20在所述光源组件10的不断照射下，就会源源不断地产生大量氧负离子，其伴生产物是氢氧自由基。综上所述，通过对导电组件的导电体结构和作用条件的合理设置，使导电组件的受光区和自然区的二氧化钛分别工作在光催化状态和自然作用状态，从而在受光区和自然区之间建立起电场，使电子和空穴的复合有序化，即受光区的光生电子移向自然区并与自然区的空穴复合，这是一种有别于现有技术的崭新技术，具有先进性。现有技术光催化过程中，二氧化钛分子吸收的光能仅部分转化为化学能，另一部分则由于光生电子和光生空穴的复合被浪费掉，而本发明中，二氧化钛分子吸收的光能被转化为化学能和电势能，光能得到充分的利用。由上述分析不难看出，本发明的作用机理与现有技术的不同，不是纯粹的光催化，而是由光提供能量的氧负离子发生装置。依照本实施例原理设计的一款光能氧负离子发生装置，主要配置如下:光源组件由2支Φ 6X190的紫外线杀菌灯和配套的电子镇流器组成，导电组件由10块200X 135、孔径为llOpp1、厚度为1.6mm的二氧化钛泡沫镍网重叠而成。上述装置配上IOW直流风机、除尘网、外壳等便成 为一台实用的空气净化器，可用于新车内有害气体污染的治理。
权利要求1.一种光能氧负离子发生装置，包括光源组件(10)、导电组件(20)和支撑、固定前者的支撑件(30)，其特征在于，所述光源组件(10)置于所述导电组件(20)的一侧，由紫外线发光器件(11)和电源(12)组成，所述紫外线为波长小于400nm的光波，所述导电组件(20)由导电体和覆盖在该导电体两个相对的面或区域上的二氧化钛薄膜层构成，具有三个功能区:受光区(21)、阻光区(22)和自然区(23)，所述受光区(21)的二氧化钛工作在光催化状态，所述自然区(23)的二氧化钛工作在自然作用状态，所述自然作用状态是指二氧化钛分子直接与空气中的氧分子起作用，该作用不受外界因素的影响，或者受外界因素的影响不明显。
2.根据权利要求1所述的光能氧负离子发生装置，其特征在于，所述导电体为金属平板。
3.根据权利要求1所述的光能氧负离子发生装置，其特征在于，所述导电体为泡沫金属网。
4.根据权利要求1所述的光能氧负离子发生装置，其特征在于，所述导电体为由两层泡沫金属夹一层通气、导电但不透光的材料所组成。
5.根据权利要求3 4任一项所述的光能氧负离子发生装置，其特征在于，所述泡沫金属为泡沫镍。
6.根据权利要求1所述的光能氧负离子发生装置 ，其特征在于，所述二氧化钛薄膜层为由纳米二氧化钛形成。
7.根据权利要求4所述的光能氧负离子发生装置，其特征在于，所述通气、导电但不透光的材料为活性碳纤维。
专利摘要一种光能氧负离子发生装置，包括光源组件(10)、导电组件(20)和支撑、固定前者的支撑件(30)，所述光源组件(10)置于所述导电组件(20)的一侧，由紫外线发光器件(11)和电源(12)组成。所述紫外线为波长小于400nm的光波。所述导电组件(20)由导电体和覆盖在该导电体两个相对的面或区域上的二氧化钛薄膜层构成，具有三个功能区受光区(21)、阻光区(22)和自然区(23)。所述受光区(21)的二氧化钛工作在光催化状态。所述自然区(23)的二氧化钛工作在自然作用状态。该装置通过使受光区和自然区的二氧化钛工作在不同的状态，在两个区之间形成电场，从而使电子和空穴的复合有序化，大幅度提高了氧负离子的产率。
文档编号H01T23/00GK203103758SQ201220500430
公开日2013年7月31日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者马骧彬 申请人:马骧彬