一种负离子发生器及其制造方法

技术领域

本发明涉及负离子发生器技术领域，具体涉及一种负离子发生器及其制造方法。

背景技术

负离子发生器的释放头主要包括单尖端点发射针(第一代释放头)和碳纤维丝(第二代释放头)两种方式。第一代释放头直接将单尖端点发射针(例如，单尖端点钢针、银针或者金针)与高压电源接通，发射针放电产生负离子。在较低的电压下，第一代释放头产生的负离子浓度小；如果电压升高，虽然能产生较高的负离子浓度，但同时伴随臭氧、氮氧化物辐射等副产物产生。

第二代释放头主要为碳纤维丝，碳纤维丝和电源导线接头一起插栽在金属环内，挤压固定连接，使用时释放头与高压电源接通，碳纤维丝向周围的空间高速喷射电子，电子被空气氧离子迅速捕获，产生氧负离子。碳纤维丝成本低，加工容易，材质柔软，触摸无刺痛，人体触感好，并且释放头产生的负离子浓度和臭氧浓度能达到要求，尤其对于便携式空气净化产品有很大的应用空间，但生成的负离子粒径大，难以透过人体血脑屏障发挥生物效应。而且由于碳纤维丝的强度低，碳纤维具有疏水性，外界环境易对释放头性能产生影响，一方面表面容易吸附灰尘，需要频繁清洗，故其维护周期短，使用寿命也受影响；另一方面不易对碳纤维进行表面改性，进行亲水基团添加，增加其功能性。

现有的负离子发生器释放的负离子只能对固态颗粒物，PM2.5的去除

效果相对明显，但是空气中的污染物还有很多气态污染物，比如细菌、甲醛、臭味和气态VOCs有机物，负离子对其去除效果不明显，这样就影响负离子发生器整体的空气净化效果。

因此，现有的负离子释放头存在释放负离子浓度低，并伴随有负离子浓度高，性能不稳定，并且功能单一，对现有的负离子发生器的释放头的改进需求。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种负离子发生器，能够释放出较高浓度的小粒径负离子，无臭氧、氮化物等副产物产生，而且功能多样，不仅能去除PM2.5，同时能够杀菌和去除VOCs有机污染物，使用寿命长。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种负离子发生器，包括释放头、发射基座、导电连接装置、高压模块、电源插头，

释放头为一个或多个，释放头固定在发射基座一侧并与发射基座电连接，导电连接装置固定在发射基座上并与发射基座电连接，导电连接装置的远离发射基座的一端配置为与高压模块7的电压输出端的导线连接；

其中，释放头包括碳纤维释放束、导电固定装置和导电杆，碳纤维释放束通过导电固定装置和导电杆连接在一起，导电杆固定至发射基座，碳纤维释放束包括多根纤维丝，纤维丝表面设置有电子增强层，电子增强层的阻抗小于纤维丝的阻抗，多根纤维丝通过导电固定装置被固定在导电杆上，且多根纤维丝均与导电杆电连接。

一种负离子发生器的制造方法，

步骤1，通过溶胶-凝胶法在纤维丝上进行浸渍涂覆功能增强层；

步骤2，通过垂直生长法或者多次浸涂法涂覆电子增强层，生成碳纤维释放束3；

步骤3，导电杆插入碳纤维释放束中，且碳纤维释放束与导电杆相衔接的部分通过导电金属带被固定在导电杆上，碳纤维释放束均与导电杆电连接；

导电金属带固定碳纤维释放束时，将导电杆的一端插入碳纤维释放束中，然后将导电金属带包裹在碳纤维释放束的与导电杆相衔接的部分外，在真空条件下将导电金属带压实，从而将碳纤维释放束固定在导电杆上。

步骤4，导电金属带、碳纤维释放束、导电杆之间的空隙中填充有导电粘结材料；

步骤5，导电固定装置外套设热缩管，热缩管加热收缩，与导电固定装置形成一体；

步骤6，导电杆与高压模块连接，高压模块与电源插头之间通过适配器连接。

有益效果在于：

(1)负离子释放浓度高，负离子粒径小；

(2)几乎没有臭氧和氮氧化物等副产物产生；

(3)使用碳纤维释放丝，强度高，耐腐蚀，寿命长；

(4)碳纤维释放束3与导电结构的连接牢固，故障率低，性能可靠；

(5)以根据实际情况灵活设置释放头4的数量和排布方式，从而在整个气流断面上形成均匀完整的负离子层，空气净化效率高；

(6)负离子发生器除了能释放高浓度小粒径负离子，进行PM2.5去除以外，还能光催化功能二氧化钛进行杀菌和有机物去除，空气净化功能更全面。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明释放头的结构示意图。

图2是本发明发射结构示意图。

图3是本发明负离子发生器整体结构图。

图4是本发明负离子发生器制造方法流程图。

附图标记说明如下：

1：导电杆；2：导电固定装置；3：碳纤维释放束；4：释放头；5：发射基座；6：导电连接装置；7：高压模块；8：适配器；9：电源插头

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接、实体连接或通信连接等；可以是直接相连(即两个部件直接相连为两个部件之间未连接有其他部件)，也可以通过中间媒介间接相连(即两个部件间接相连为两个部件之间还连接有其他部件)，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种负离子发生器，包括释放头4、发射基座5、导电连接装置6、高压模块7、电源插头9，

释放头4为一个或多个，释放头4固定在发射基座5一侧并与发射基座5电连接，导电连接装置6固定在发射基座5上并与发射基座5电连接，导电连接装置6的远离发射基座5的一端配置为与高压模块7的电压输出端的导线连接；

其中，释放头4包括碳纤维释放束3、导电固定装置2和导电杆1，碳纤维释放束3通过导电固定装置2和导电杆1连接在一起，导电杆1固定至发射基座5，碳纤维释放束3包括多根纤维丝，纤维丝表面设置有电子增强层，电子增强层的阻抗小于纤维丝的阻抗，多根纤维丝通过导电固定装置2被固定在导电杆1上，且多根纤维丝均与导电杆1电连接。

优选的，电子增强层为碳纳米材料层。

优选的，碳纳米材料层包括富勒烯层、富勒醇层、石墨烯层和碳纳米管层中的一层或多层。

碳纳米材料是电阻接近零的超导材料，采用碳纳米材料形成电子增强层有利于电离子的游离析出，可以产生小粒径、高活性、迁移距离远的生态级小粒径负氧离子，且负离子纯度高，几乎没有臭氧、氮氧化物和正离子等副产物的产生。

优选的，电子增强层的厚度可以为2-10nm。

其中，碳纤维释放束3表面与电子增强层之间设置有功能增强层。

电子增强层的引入可以进一步提高释放出的负离子的浓度，功能层的引入可以进一步增强发生器净化空气的效果。而且，本发明的碳纤维释放束3生成的负离子粒径较小，能够透过人体血脑屏障发挥生物效应，几乎没有无臭氧、氮氧化物辐射等副产物产生，并且除了能去除PM2.5，还具有杀菌消毒和去除有机物VOCs效果。此外，采用导电固定装置2代替焊接方式去固定纤维丝，可以避免纤维丝易松动、脱落的问题。

纳米二氧化钛是一种光催化抗菌材料，表面的氢氧基团使其具有亲水性，在光线或紫外线照射下，二氧化钛表面的电子吸收足够的能量而脱离，在电子脱离的位置便形成带正电的电洞，电洞将附着于二氧化钛表面的水分子氧化，使其转变成活性很大的氢氧自由基，氢氧自由基一旦遇上有机物便会夺取电子，使有机物分子因键的断裂而被分解。一般的污染物或病原体大多是碳水化合物，分解后成为水和二氧化碳，因此可以达到除污、灭菌的作用。脱离二氧化钛表面的电子将空气中的氧还原，使氧变成负氧离子(即空气负离子)。负氧离子也能够将二氧化钛表面上的有机化合物氧化分解。因此，二氧化钛层可以进一步提高负离子的释放浓度，同时赋予负离子除污、灭菌的功能。同时作为催化剂，自身不消耗，因其抗菌谱广、作用持久、生物安全性良好等优点被广泛使用。

优选的，功能增强层为纳米二氧化钛硅胶层。

硅胶是一种多孔型物质，具有良好的力学强度、较大的比表面积和孔径、较好的化学稳定性和热稳定性以及高吸附性。除此之外，其表面含有丰富的硅羟基，这是硅胶进行表面化学键合或改性的基础，故可用作粘接剂及催化剂的载体。

纳米二氧化钛是一种光催化抗菌材料，表面的氢氧基团使其具有亲水性，在光线或紫外线照射下，二氧化钛表面的电子吸收足够的能量而脱离，在电子脱离的位置便形成带正电的电洞，电洞将附着于二氧化钛表面的水分子氧化，使其转变成活性很大的氢氧自由基，氢氧自由基一旦遇上有机物便会夺取电子，使有机物分子因键的断裂而被分解。一般的污染物或病原体大多是碳水化合物，分解后成为水和二氧化碳，因此可以达到除污、灭菌的作用。脱离二氧化钛表面的电子将空气中的氧还原，使氧变成负氧离子(即空气负离子)。负氧离子也能够将二氧化钛表面上的有机化合物氧化分解。因此，二氧化钛层可以进一步提高负离子的释放浓度，同时赋予负离子除污、灭菌的功能。同时作为催化剂，自身不消耗，因其抗菌谱广、作用持久、生物安全性良好等优点被广泛使用。

其中，碳纤维释放束3的长度为1-3cm，直径可以为0.1-0.2mm，释放头4包括30-60根纤维丝。

优选的，导电固定装置2为导电金属带或导电金属环。

其中，导电杆1插入碳纤维释放束3中，通过导电固定装置2挤压固定，并且导电固定装置2、碳纤维释放束3、导电杆1之间的空隙中填充有导电粘结材料，导电固定装置2外部包覆有热缩管；

热缩管在加热时收缩，与导电固定装置2形成一体，一方面可以防止各个导电的部件之间产生静电干扰，另一方面可以提高负离子释放束与导电杆1之间的固定牢固性。金属材质的导电固定装置2不但导电性好，而且柔韧性好，容易压实。导电粘结材料不但可以提高碳纤维释放束3与导电杆1之间的固定牢固性，而且可以提高导电性。

优选的，导电粘结材料为导电泥或导电胶。

优选的，导电杆1为金属螺杆，由铜、贵金属或其合金形成，

优选的，贵金属为金或银，铜为紫铜。

其中，导电杆1和导电固定装置2外设置有防腐层，防腐层为铂金层或金层。

优选的，导电连接装置6与发射基座5一体成型或焊接在发射基座5上，导电连接装置6通过螺纹、嵌合或焊接的方式实现与导线的电连接。

通过螺纹、嵌合连接可以灵活插拔，方便释放头4维护，而使用焊接则实现了可靠连接。

高压模块7的电压输出端输出的为负高压，负高压下激发释放头4释放电子。

其中，发射基座5包括基板和设置在基板的靠近释放头4的一侧上的绝缘层，并且绝缘层上设置有分布露点，释放头4穿过分布露点固定在基板上并与基板电连接。

其中，发射基座5还包括设置在基板与绝缘层之间的导电层。

优选的，发射基座5为印刷电路板；

导电层的设置可以增强基板的导电性能，使得基板可以选择价格低廉的导电性稍差的材质，然后通过导电层来增强导电性能。导电层可以为铜层。由于印刷电路板包括基板、导电层和绝缘层，所以可以采用印刷电路板作为发射基座5。

其中，基板为金属板，优选为镍板,镍板的硬度较高，基板为圆形，直径为20-40mm，优选为30mm，基板未设置释放头4的部分设置为镂空的，有利于负离子的流动扩散。

其中，绝缘层为树脂绝缘层，优选为聚酰亚胺树脂。

绝缘层的设置避免基板与释放头4之间产生静电。

优选的，释放头4对称地分布在基板上，释放头4通过螺纹或焊接(例如焊锡焊接)的方式固定在发射基座5上。释放头4数量优选为20-40个。

当释放头46设置有多个时，可以将其均匀地分布在基板上，从而可以在整个气流断面上形成均匀完整的负离子层，提高空气净化效率。相邻的两个释放头4之间的距离为5-8mm。

高压模块7与电源插头9之间还连接有适配器8，进行电压转换，将220V交流市电转换为直流低电压12-24V，便于高压模块7进行升压；

优选的，电源插头9为三相，从高压模块7分出的正压，通过接地线导入大地中和。

一种负离子发生器的制造方法，

步骤1，通过溶胶-凝胶法在纤维丝上进行浸渍涂覆功能增强层；

步骤2，通过垂直生长法或者多次浸涂法涂覆电子增强层，在完成碳纳米材料层的涂覆后，将所述导电丝从碳纳米材料水溶液中取出，干燥，生成碳纤维释放束3；

步骤3，导电杆1插入碳纤维释放束3中，且碳纤维释放束3与导电杆1相衔接的部分通过导电金属带被固定在导电杆1上，碳纤维释放束3均与导电杆1电连接；

导电金属带固定碳纤维释放束3时，将导电杆1的一端插入碳纤维释放束3中，然后将导电金属带包裹在碳纤维释放束3的与导电杆1相衔接的部分外，在真空条件下将导电金属带压实，从而将碳纤维释放束3固定在导电杆1上。

步骤4，导电金属带、碳纤维释放束3、导电杆1之间的空隙中填充有导电粘结材料；

步骤5，导电固定装置2外套设热缩管，热缩管加热收缩，与导电固定装置2形成一体；

步骤6，导电杆1与高压模块7连接，高压模块7与电源插头9之间通过适配器8连接。

其中，步骤1具体为：

步骤1.1，清洗纤维丝；

具体清洗方法为：将纤维丝浸泡于丙酮溶液中20-30小时，然后取出用无处乙醇清洗，以便除去纤维丝表面的粘附物如环氧树脂胶，再用去离子水洗涤3-5次后，进行80-100℃烘干备用。

步骤1.2，制备溶胶；

具体制备方法为：以钛酸丁酯为前驱物、无水乙醇为溶剂、盐酸为水解抑制剂和水进行制备，各组分质量比例为：钛酸四丁酯：无水乙醇：盐酸：水＝(1-2):(1-5):(1-1.5):(0.8-1)，将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，边加热边搅拌，控温40-50℃，加入盐酸，再滴入水，搅拌8-10小时得到均匀、透明的二氧化钛溶胶；

硅胶作为载体，取硅胶和二氧化钛溶胶质量比为1：(10-15)，在冰水浴中放置36-50小时,每间隔5-10小时进行晃动使混合均匀，在35-50℃下旋转蒸发除去溶剂，得到二氧化钛硅胶。

由于纤维丝为碳纤维，疏水性在其表面进行二氧化钛涂覆粘附性差，故需要将二氧化钛硅胶加工添加负载；

步骤1.3，涂覆；

具体涂覆制备方法为：将纤维丝放入步骤1.2制备的二氧化钛硅胶中，浸蘸2-5次，取出放入程序升温炉中，缓慢升温至100-120℃，通入高纯氮气或氩气吹扫，使乙醇和水挥发脱除，进行胶凝化处理，2-5小时；随后升温至200-300℃，高纯氮气或氩气将过热水蒸气带入使钛酸四丁酯发生水解反应，生成无定型二氧化钛硅硅胶膜，然后在氮气或氩气保护下在450-650℃煅烧处理11-12小时，在纤维丝表面获得二氧化钛硅硅胶膜，厚度10-40nm，随后冷却取出即可。

其中，步骤2的垂直生长法具体为：

将步骤1中的功能增强层涂覆完的纤维丝竖直利于盛有碳纳米溶液的玻璃或陶瓷容器中，其中纤维丝底部浸入溶液中，深度大概为纤维丝长度的1/5-1/3,垂直生长条件为：温度80-120℃，氮气生长环境，时长10-15小时；

生长时间较长，但操作简单。

其中，步骤2的多次浸涂法具体为：

将步骤1中的功能增强层涂覆完的纤维丝多次在碳纳米溶液中浸泡和取出烘干，室温操作，纤维丝在溶液中浸泡时长1-5分钟，直接取出烘干，50-100℃，浸泡烘干次数一般10-20次；

该方法时间短，但是需多次操作，流程繁琐。

以下是本发明的具体实施例，

实施例1

一种新型负离子发生器的释放头，其中：

导电杆为紫铜杆；导电固定装置为黄铜带；碳纤维释放束包括40根纤维丝，每根纤维丝上沉积有约10nm厚的二氧化钛硅胶层，纤维丝的长度为1cm，直径为0.1mm。导电固定装置、导电杆、碳纤维释放束之间的空隙中填充有导电胶。

实施例2

一种新型负离子发生器的释放头，其中：

导电杆为银杆；导电固定装置为铜带；碳纤维释放束包括40根丝，每根纤维丝上沉积有约10nm厚的二氧化钛硅胶层和2nm厚的富勒烯层，纤维丝的长度为1cm，直径为0.1mm。导电固定装置、导电杆、碳纤维释放束之间的空隙中填充有导电泥。导电杆和导电固定装置外设置有铂金层，并且导电固定装置外套设有热缩管。

实施例3

一种新型负离子发生器的释放头，其中：

导电杆为金杆；导电固定装置为铜带；碳纤维释放束包括30根丝，每根纤维丝上沉积有约10nm厚的二氧化钛硅胶层和2nm厚的富勒烯层，纤维丝的长度为1cm，直径为0.1mm。导电固定装置、导电杆、碳纤维释放束之间的空隙中填充有导电泥。导电杆和导电固定装置外设置有铂金层，并且导电固定装置外套设有热缩管。

负离子发生器发射基座上有10个释放头，均匀呈圆环围绕排布，相互之间间隔距离5mm。

实施例4

一种新型负离子发生器的释放头，其中：

导电杆为金杆；导电固定装置为铜带；碳纤维释放束包括30根丝，每根纤维丝上沉积有约20nm厚的二氧化钛硅胶层和5nm厚的富勒烯层，纤维丝的长度为1cm，直径为0.1mm。导电固定装置、导电杆、碳纤维释放束之间的空隙中填充有导电泥。导电杆和导电固定装置外设置有铂金层，并且导电固定装置外套设有热缩管。

负离子发生器发射基座上有10个释放头，均匀呈圆环围绕排布，相互之间间隔距离5mm。

实施例5

导电杆为金杆；导电固定装置为铜带；碳纤维释放束包括30根丝，每根纤维丝上沉积有约10nm厚的二氧化钛硅胶层和2nm厚的富勒烯层，纤维丝的长度为1cm，直径为0.1mm。导电固定装置、导电杆、碳纤维释放束之间的空隙中填充有导电泥。导电杆和导电固定装置外设置有铂金层，并且导电固定装置外套设有热缩管。

负离子发生器发射基座上有24个释放头，均匀呈圆环围绕排布，相互之间间隔距离5mm。

实施例6

导电杆为金杆；导电固定装置为铜带；碳纤维释放束包括30根丝，每根纤维丝上沉积有约20nm厚的二氧化钛硅胶层和5nm厚的富勒烯层，纤维丝的长度为1cm，直径为0.1mm。导电固定装置、导电杆、碳纤维释放束之间的空隙中填充有导电泥。导电杆和导电固定装置外设置有铂金层，并且导电固定装置外套设有热缩管。

负离子发生器发射基座上有24个释放头，均匀呈圆环围绕排布，相互之间间隔距离5mm。

对比例

一种负离子发生器的释放头，该释放头只是使用碳纤维丝作为放电材料，释放头没有经过加固处理和表面功能增强。

性能测试

1、负离子释放量测试

1)测试仪器

手持式大气负离子测试仪-厂家：华思通；仪器型号：WST-3200Pro。

2)测试条件

温度：18℃

相对湿度：18％；

PM2.5：30μg/m

3)测试过程

将导电杆接通40kV的电压，测试者手持大气负离子测试仪，分别站在待测试的负离子释放头的正前方、左偏22.5°方向、右偏22.5°方向并且分别距离负离子释放头1m的位置处，测试本发明实施例的一个释放头和对比例的释放头释放出的负离子数量。

4)测试结果

实施例与对比例的负离子释放头的测试结果如表1所示(注：表1中的左、中、右分别表示负离子释放头的左偏22.5°方向、正前方、右偏22.5°方向)。

表1

从表1可以看出，与对比例的释放头相比，本发明实施例的释放头在1m的负离子浓度增加了，电子增强层厚度增加和释放头数量增加均能有效提高负离子的释放浓度。

2、臭氧和氮氧化物(NO和NO

1)测试仪器

氮氧化物测试仪-厂家：普利通；仪器型号：WSQ-NOX；

臭氧测试仪-厂家：普利通；仪器型号：WSQ-O3。

2)测试条件

温度：18℃

相对湿度：18％；

PM2.5：30μg/m

3)测试过程

测试者手持氮氧化物测试仪或臭氧测试仪，分别站在待测试的负离子释放头的正前方、左偏22.5°方向、右偏22.5°方向并且分别距离负离子释放头1m的位置处，测试待测试的负离子释放头释放出的臭氧和氮氧化物浓度。

4)测试结果

实施例的负离子释放头的臭氧和氮氧化物释放量(NO和NO

表2

从表2可以看出，与对比例释放头相比，本发明实施例的复合材料负离子释放头没有释放出氮氧化物，臭氧的释放量相对于对比例的释放头也降低了。

3、PM2.5和甲醛降低量测试

1)测试仪器

手持式测试仪-厂家：华思通；仪器型号：WST-3200Pro。

2)测试条件

温度：18℃

相对湿度：18％；

PM2.5：100μg/m

甲醛：0.5mg/m3

3)测试过程

将导电杆接通6KV的电压，将甲醛测试仪固定在释放头的正前方距离负离子释放头1m的位置处，测试本发明实施例的一个释放头和对比例的释放头降解甲醛和去除PM2.5的效果。

4)测试结果

实施例与对比例的甲醛和PM2.5的去除测试结果如表1所示(净化前条件一致，净化30min后对比效果)。

表3

表3可以看出，与对比例的释放头相比，本发明实施例的释放头在1m的PM2.5和甲醛的去除效果增强了，说明采用本发明实施例的释放头中添加功能层和电子增加层能有效去除PM2.5颗粒物和气态污染物。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。