一种离子风发生装置的改性放电电极及其改性方法和应用与流程

本发明属于离子风发生装置，涉及一种离子风发生装置的改性放电电极及其改性方法和应用。

背景技术：

1、离子风发生装置在空气净化、静电除尘、气体传输等领域具有广泛的应用。传统的离子风发生装置使用金属丝或金属网作为放电电极，但这些结构容易受到外界环境的影响，导致其性能不稳定。

2、如cn204329183u公开一种离子风发生装置，包括壳体，壳体上设有进气口和出气口，壳体内沿着从进气口至出气口的方向，依次设置有丝电极、圆柱电极和平板电极，丝电极连接直流电源正极，圆柱电极接地，平板电极连接直流电源负极，丝电极与圆柱电极之间形成电离场，圆柱电极与平板电极之间形成加速电场。

3、进一步地，出现了针-网放电电极结构，如cn108870530a涉及离子风发生装置及空调室内机。离子风发生装置包括用于产生离子风的至少一个放电模组，每个放电模组均包括：网状电极，垂直于离子风发生装置的送风方向延伸；多个针状电极，沿离子风发生装置的送风方向分布在网状电极的下游侧，且针状电极的尖端指向网状电极；针架，用于固定多个针状电极；以及屏蔽网，设置于针架的背对网状电极的一侧，且屏蔽网与针架之间形成间隙，以避免针状电极朝向背离网状电极的一侧放电。

4、离子风的产生源于电晕放电原理：在针电极(即电晕极)与接收极(即网电极)之间加上一定高压后，产生前向电晕放电，针电极的针尖附近的气体发生电离，形成数以亿级的离子，结合空气分子或尘埃颗粒，使其带电，并在高压电场作用下，迅速被接收极吸引，保持惯性而继续运动，形成有益的离子风。而采用较高的电压，同时会增大电力的消耗。

5、因此，如何改善电晕放电电极的性能，提升离子风发生装置的能量转换效率和稳定性，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种离子风发生装置的改性放电电极及其改性方法和应用。本发明提供的改性放电电极，其针-网电极结构的针尖表面进行了碳纳米管和保护层的双重改性，具有良好的导电性和导热性，散热效果好，使之与放电电极之间的接触电阻下降，还提升了离子风发生装置的能量转换效率和稳定性。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种离子风发生装置的改性放电电极，所述改性放电电极包括针-网电极结构，所述改性放电电极中的针尖表面设有碳纳米管层和位于所述碳纳米管层表面的保护层。

4、本发明提供的针-网电极结构为离子风发生装置中的常规结构，其具体连接关系以及结构类型，依据实际需求进行适应性调整即可。

5、本发明的改性放电电极结构稳定，碳纳米管层与保护层的双重改性结构(纳米材料改性)，碳纳米管的纵横比较高，具有优良的导电性、机械强度和化学稳定性，涂覆在电极尖端后可以使放电电极具有更小的曲率半径，增强局部电场强度；保护层可以对电极表面形貌进行改善，提高放电电极的稳定性。同时，保护层中的材料的功函数较低以及碳纳米管的长径比使得双重改性结构具有良好的导电性和导热性，散热效果好，还增强了抗氧化性能，降低了与放电电极之间的接触电阻；还改变了电极表面的微观形貌，影响放电电极附近的电场分布，可显著降低开启电压、提高风速、降低产生的臭氧浓度，提升了离子风发生装置的能量转换效率和稳定性。

6、本发明中，如果不在碳纳米管层表面设置保护层，则无法起到保护碳纳米管涂层、增加放电电极的导电性，减少与放电电极之间的接触电阻的作用；而如果为纯保护层改性，又不能实现使放电电极具有更小的曲率半径，增强局部电场强度的目的；即本发明中，碳纳米管层与保护层的双重改性结构缺一不可，且顺序不能更改，一旦更改，就无法解决对离子风发生装置的放电电极进行改性，使其具备良好的导电性和导热性，散热效果好，使之与放电电极之间的接触电阻下降，还提升了离子风发生装置的能量转换效率和稳定性。

7、优选地，所述碳纳米管的直径＜5nm，例如1nm、2nm、3nm、4nm或4.5nm等。

8、优选地，所述碳纳米管的长度为5～15μm，例如5μm、8μm、10μm、13μm或15μm等。

9、本发明中，调控碳纳米管的直径和长度，可更好地实现增加纳米涂层的稳定性和使放电电极具有更小的曲率半径，增强局部电场强度的目的。

10、优选地，所述保护层中的材料包括金属氧化物和/或非金属氧化物。

11、本发明中的保护层的材料，具有高化学稳定性和热稳定性的特性。

12、优选地，所述金属氧化物包括二氧化钛、氮化铝或氧化铝中的任意一种或至少两种的组合。

13、优选地，所述非金属氧化物包括二氧化硅、氮化硅、氮化硼或碳化硅中的任意一种或至少两种的组合。

14、优选地，所述针-网电极结构中的针包括钨针。

15、本发明中，针-网电极结构中的针选用钨针，可更好地实现高温稳定性、优异的导电性能、增强的机械强度和耐磨性，以及良好的化学稳定性。

16、优选地，所述碳纳米管的质量与保护层的材料的质量之比为(0.4～0.7):1，例如0.4:1、0.5:1、0.6:1或0.7:1等。

17、本发明中，碳纳米管的质量与保护层的材料的质量之比过大，即碳纳米管过多，会增加放电电阻，而质量之比过小，即碳纳米管过少，又会影响电极放电效果。

18、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的离子风发生装置的改性放电电极的改性方法，所述改性方法包括以下步骤：

19、将未改性的放电电极中的针尖表面接触碳纳米管溶胶，烧结，然后将针尖再次接触保护层溶胶，热处理，得到所述离子风发生装置的改性放电电极。

20、本发明提供的制备方法，针尖表面得到碳纳米管后，再进行烧结，可起到固化碳纳米管和使放电电极具有更小的曲率半径的作用，而进一步得到保护层后的热处理，又可进一步地与碳纳米管融合，保护碳纳米管涂层，且本发明提供的制备方法操作简单，具有较高的实用价值和经济效益，可有效控制涂层的均匀性与稳定性，适用于大规模生产。

21、本发明中，如果不进行烧结和热处理过程，则无法实现固化纳米材料涂层，无法实现保护层与碳纳米管涂层融合，影响纳米涂层寿命和性能。

22、优选地，先对未改性的放电电极中的针进行清洗。

23、优选地，所述碳纳米管溶胶的制备包括：将碳纳米管与有机溶剂混合，研磨，搅拌。

24、优选地，所述碳纳米管溶胶中碳纳米管的浓度为4～70mg/ml，例如4mg/ml、5mg/ml、10mg/ml、20mg/ml、30mg/ml、40mg/ml、50mg/ml、60mg/ml或70mg/ml等。

25、优选地，所述有机溶剂包括乙基纤维素和/或松油醇。

26、本发明中，保护层的溶胶依据不同的材料进行适应性调整即可。

27、优选地，所述烧结包括依次进行一次烧结和二次烧结。

28、本发明中，一次烧结起到了干燥碳纳米管溶胶的作用，去除了其中的有机溶剂，进一步的二次烧结，提升了碳纳米管涂层附着的强度和稳定性，而如果不进行二次烧结，会导致涂层附着性差、结合强度不足、不稳定、功能性能受损，从而产生碳纳米管涂层脱落的风险，且未固化的碳纳米管涂层可能释放出未固化的成分或挥发性有机物，对人体健康或环境造成潜在风险；且本发明中后的烧结过程至少分两步进行，进一步地，还可进行多步烧结。

29、优选地，所述一次烧结的温度为180～250℃，例如180℃、200℃、230℃或250℃等。

30、优选地，所述一次烧结的时间为5～10min，例如5min、6min、7min、8min、9min或10min等。

31、优选地，所述二次烧结的温度为320～380℃，例如320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃或380℃等。

32、优选地，所述二次烧结的时间为25～35min，例如25min、26min、27min、28min、29min、30min、31min、32min、33min、34min或35min等。

33、本发明中，二次烧结的温度过低，不利于涂层完全固化、导致涂层与基底之间的结合强度不足，而温度过高，又会导致碳纳米管结构的破坏，使其失去原有的形态和性能、对基底材料造成损坏或变形，使其失去原有的形状和性能。

34、优选地，所述热处理包括依次进行一次热处理和二次热处理。

35、本发明中，一次热处理起到了干燥保护层的作用，进一步地二次热处理，实现了提升了保护涂层附着的强度和稳定性，如果不进行二次热处理，会导致保护涂层附着性差、与碳纳米管涂层结合度差。且本发明中的热处理过程，至少进行两步热处理，进一步地，还可进行多步热处理。

36、优选地，所述一次热处理的温度为150～170℃，例如150℃、160℃或170℃等。

37、优选地，所述一次热处理的时间为5～15min，例如5min、8min、10min、13min或15min等。

38、优选地，所述二次热处理的温度为320～380℃，例如320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃或380℃等。

39、优选地，所述二次热处理的时间为25～35min，例如25min、26min、27min、28min、29min、30min、31min、32min、33min、34min或35min等。

40、本发明中，二次热处理的温度过低，会影响涂层完全固化、导致涂层与碳纳米管涂层的结合强度不足，而温度过高，又会导致保护层里面的碳纳米管结构破坏、导致二氧化钛涂层表面缺陷，影响电极放电效果。

41、优选地，所述接触的方法包括蘸取。

42、作为优选的技术方案，所述改性方法包括以下步骤：

43、将清洗后的未改性的放电电极中的针尖表面蘸取碳纳米管溶胶，180～250℃下进行一次烧结5～10min，然后320～380℃下进行二次烧结25～35min，二次烧结结束后，将后的针尖再次蘸取保护层溶胶，150～170℃下一次热处理5～15min，320～380℃下二次热处理25～35min，得到所述离子风发生装置的改性放电电极。

44、第三方面，本发明提供一种离子风发生装置，所述离子风发生装置包括如第一方面所述的改性放电电极。

45、本发明提供的离子风发生装置，其放电模块中采用本发明提供的改性放电电极，具有广泛的应用前景，在空气净化、静电除尘、气体传输等领域都有着重要的应用价值。例如，在空气净化领域中，本发明所述的离子风发生装置可以有效地去除空气中的细菌、病毒和有害物质；在静电除尘领域中，本发明所述的离子风发生装置可以有效地去除工业废气中的粉尘和污染物；在气体传输领域中，本发明所述的离子风发生装置可以用于加速气体流动和传输。

46、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

47、本发明的改性放电电极结构稳定，碳纳米管层与保护层的双重改性结构(纳米材料改性)，碳纳米管的纵横比较高，具有优良的导电性、机械强度和化学稳定性，涂覆在电极尖端后可以使放电电极具有更小的曲率半径，增强局部电场强度；保护层可以对电极表面形貌进行改善，提高放电电极的稳定性。同时，保护层中的材料的功函数较低以及碳纳米管的长径比使得双重改性结构具有良好的导电性和导热性，散热效果好，还增强了抗氧化性能，降低了与放电电极之间的接触电阻；还改变了电极表面的微观形貌，影响放电电极附近的电场分布，可显著降低开启电压、提高风速、降低产生的臭氧浓度，提升了离子风发生装置的能量转换效率和稳定性。