CN107154583B - 负离子发射电极及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种负离子发射电极，所述负离子发射电极由石墨烯和金属粉末组成，且以所述负离子发射电极的原材料的总质量为100％计，所述负离子发射电极包括如下质量百分含量的下列组分：石墨烯粉体8％‑10％；锡粉40％‑50％；银粉35％‑45％；黏结剂3％‑5％。

Description

负离子发射电极及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于负离子发射技术领域，尤其涉及一种负离子发射电极及其制备方法和应用。

背景技术

负离子是一种对人体健康非常有益的远红外辐射材料，有“空气维生素”、“空气维他命”的美誉。负离子发生器是一种生成空气负离子的装置，其中，产生负离子的负离子发射电极是负离子发生器的重要组成部分。

目前，常用的负离子发射电极通常采用金属探针、碳纤维等材料制成。金属探针、碳纤维制备的负离子发射电极，材料使用寿命短，一定时间后负离子释放量衰减严重，因此，隔3-6个月就需要更换新的负离子发射电极。其中，金属探针在高电压工作状态(产生负离子所需的工作状态)氧化速度非常快，而金属电极尖端氧化会影响负离子的发射，甚至达到检测设备无法检测到负离子释放的程度。而碳纤维材料制备的负离子发射电极，释放负离子的同时有静电产生，而静电会吸附周围粉尘，粉尘积聚到一定量后，碳纤维顶端呈现黏稠状，此时也不能有效释放负离子。其次，采用碳纤维材料制备的负离子发射电极时，负离子在释放负离子过程同时有臭氧生成，低浓度的臭氧可消毒，但超标的臭氧则是个无形杀手(它强烈刺激人的呼吸道，造成咽喉肿痛、胸闷咳嗽、引发支气管炎和肺气肿；臭氧会造成人的神经中毒，头晕头痛、视力下降、记忆力衰退；臭氧会对人体皮肤中的维生素E起到破坏作用，致使人的皮肤起皱、出现黑斑；臭氧还会破坏人体的免疫机能，诱发淋巴细胞染色体病变，加速衰老，致使孕妇生畸形儿)，目前市场上的碳纤维负离子发生器大多存在臭氧超标问题。为了避免臭氧超标，负离子释放电压只能选用低高压激发，而低电压激发释放的负离子浓度偏低，限制了其推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负离子发射电极及其制备方法和应用，旨在解决现有技术采用的负离子发射电极使用寿命短，且负离子发射效果不佳(由于材料易氧化或静电吸尘影响负离子发射，或者控制臭氧释放导致负离子释放量低)的问题。

本发明是这样实现的，一种负离子发射电极，所述负离子发射电极由石墨烯和金属粉末组成，且以所述负离子发射电极的原材料的总质量为100％计，所述负离子发射电极包括如下质量百分含量的下列组分：

相应的，一种负离子发射电极的制备方法，包括以下步骤：

按照上述的负离子发射电极的配方称取各组分，混合处理后得到混合物料；

将所述混合物料进行加压成型处理，得到石墨烯混合物料成型品；

在惰性气氛或真空条件下，将所述石墨烯混合物料成型品进行烧结处理，得到负离子发射材料；

将所述负离子发射材料进行加工成形，得到负离子发射电极。

以及，上述的负离子发射电极在负离子发生器领域的应用。

本发明提供的负离子发射电极，采用石墨烯复合材料制成，化学稳定性好，不易氧化，使用寿命长，可以延长负离子发射模块使用寿命。具体的，相较于金属探针以及碳纤维材料负离子释放电极(正常使用3-5个月负离子生成量衰减明显，衰减率达到30％-50％)，本发明提供的所述石墨烯负离子发射电极在加装过滤网使用测试使用一年，负离子浓度几乎没有衰减(使用初期60厘米处测试负离子数量2000万每立方厘米；使用12个月后，60厘米处测试负离子数量为1900万每立方厘米)。

其次，由于所述负离子发射电极采用石墨烯超导材料作为负离子释放电极，臭氧生成量少，仅为金属负离子发射电极、碳纤维材料制成的负离子发射电极的五分之一，产生的负离子纯度高、迁移率大、活性强。具体的，金属探针负离子电极释放装置距离1米测得负离子浓度60万每立方厘米；碳纤维负离子电极释放装置距离1米测得负离子浓度68万每立方厘米；而本发明提供的石墨烯负离子电极释放装置距离1米测得负离子浓度185万每立方厘米。

本发明提供的负离子发射电极的制备方法，方法简单易控，且得到的石墨烯负离子发射电极使用寿命长，负离子发射效果好，此外，具有较好的精度、面粗糙度。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种负离子发射电极，所述负离子发射电极由石墨烯和金属粉末组成，且以所述负离子发射电极的原材料的总质量为100％计，所述负离子发射电极包括如下质量百分含量的下列组分：

本发明实施例中，特定含量的所述石墨烯粉体、所述锡粉、所述银粉通过所述黏结剂复合，所述石墨烯粉体、所述锡粉、所述银粉三者协同，不仅赋予所述负离子发射电极高硬度和高强度，而且具有较好的导电率和抗氧化性能。所述负离子发射电极中，各组分含量发生变动，都会影响所述负离子发射电极的性能。如，若所述石墨烯比例过高，会导致复合材料成型困难，难以形成特定形状的发射电极，若所述石墨烯比例过低，则所述负离子发射电极导电率差，材料抗氧化降低；若所述锡粉和所述银粉比例过高，会降低复合材料的抗氧化性能，而比例过低又满足不了强度要求。当然，所述负离子发射电极的性能是由石墨烯和金属粉末共同影响的，上述列举的只是几种倾向，并非表示所述负离子发射电极的性能受单一成分影响。所述黏结剂便于粉末冲压过程的灌装，但在烧结过程中去除，因此含量不宜过高。若所述黏结剂比例过高，由于烧结的温度又有严格控制，而不能有效去除。

本发明实施例中，所述金属粉末的粒径对所述负离子发射电极的性能有影响。具体的，若所述金属粉末的粒度过大，会导致所述石墨烯粉体、所述锡粉、所述银粉之间的结合不紧密，不易成型，且强度和硬度降低；而当所述金属粉末的粒度过小时，由于材料之间间摩擦力大、流动性差，而影响冲压灌装工作。粒度越细复合材料在后续过程越容易成型有鉴于此，优选的，所述锡粉的粒径为1-10μm，所述银粉的粒径为1-10μm。

本发明实施例中，所述石墨烯粉体具有润滑功能，因此，制备所述负离子发射电极时可选择不添加润滑剂。优选的，为了更便于粉体的流动，提高视密度，并减少模具之间的磨耗，可在所述负离子发射电极的原料中添加润滑剂。单添加的润滑剂应满足能在烧结过程中去除。

作为一个最佳实施例，以所述负离子发射电极的原材料的总质量为100％计，所述负离子发射电极由如下质量百分含量的下列组分组成：

且所述锡粉的粒径为1-10μm，所述银粉的粒径为1-10μm。

本发明实施例提供的负离子发射电极，采用石墨烯复合材料制成，化学稳定性好，不易氧化，使用寿命长，可以延长负离子发射模块使用寿命。具体的，相较于金属探针以及碳纤维材料负离子释放电极(正常使用3-5个月负离子生成量衰减明显，衰减率达到30％-50％)，所述石墨烯负离子发射电极在加装过滤网测试使用一年，负离子浓度几乎没有衰减，最初60厘米处测试负离子数量2000万每立方厘米，使用12个月60厘米处测试负离子数量为1900万每立方厘米。其次，由于所述负离子发射电极采用石墨烯超导材料作为负离子释放电极，臭氧生成量少，仅为金属负离子发射电极、碳纤维材料制成的负离子发射电极的五分之一，产生的负离子纯度高、迁移率大、活性强。具体的，金属探针负离子电极释放装置距离1米测得负离子浓度60万每立方厘米；碳纤维负离子电极释放装置距离1米测得负离子浓度68万每立方厘米；而本发明实施例提供的石墨烯负离子电极释放装置距离1米测得负离子浓度185万每立方厘米。本发明实施例中，应当理解，负离子纯度用于表征负离子装置在释放负离子过程中臭氧、超氧化物、氮化物等气体释放量多少，臭氧、超氧化物、氮化物等气体释放越少，负离子纯度越高。负离子迁移率用于表征负离子本身能量，能量越高负离子活动距离越远。

相应的，本发明实施例还提供了一种负离子发射电极的制备方法，包括以下步骤：

S01.按照上述的负离子发射电极的配方称取各组分，混合处理后得到混合物料；

S02.将所述混合物料进行加压成型处理，得到石墨烯混合物料成型品；

S03.在惰性气氛或真空条件下，将所述石墨烯混合物料成型品进行烧结处理，得到负离子发射材料；

S04.将所述负离子发射材料进行加工成形，得到负离子发射电极。

具体的，上述步骤S01中，所述负离子发射电极的配方组分如上文所述，为了节约篇幅，此处不再赘述。将各组分混合处理的方式没有明确的限制，能实现均匀混合即可。

上述步骤S02中，将所述混合物料进行加压成型处理，优选的，所述加压成型处理采用成型模具实现，所述成型模具包括上冲、中模、下冲、芯棒，所述加压成型处理的方法为：

将所述中模向下移动，使胚体露出中模面；将填粉盒向右方前进，利用其前端将胚体顶向右方的收料盘；所述中模向上移，使所述填粉盒移至模穴正方，所述混合粉末落入模穴内；充填结束后，所述填粉盒向左移，所述上冲向下移动进入所述中模，挤压述混合粉末。由此制备的负离子发射电极复合材料，使用寿命长，负离子发射效果好。

充填速度变化对石墨烯负离子电极有影响，若充填速度过快，型腔中的气体很难完全排除，会导致石墨烯负离子电极表层存在气孔；而充填速度慢也不利于生产效率的提高。进一步优选的，所述加压成型处理的条件为：压力为4-12兆帕，充填速度为0.5-120m/s，充填时间为0.01-0.2秒。由此制备的负离子发射电极复合材料，精度为IT12-IT11，面粗糙度多在3.2-0.8μm之间，最低可达0.4μm。

上述步骤S03中，对所述石墨烯混合物料成型品进行烧结处理，为了防止所述负离子发射材料各材料发生高温氧化，将粉末表面可能存在的氧化层还原，并帮助烧除胚体内之黏结剂，以及可能存在的润滑剂，所述烧结在惰性气氛或真空状态下进行，更优选在还原气氛下进行。优选的，所述烧结处理的气氛为氢气、氮氢混合气、裂解氨中的一种，从而可以防止石墨烯等发生高温氧化，保证得到的负离子发射电极各项性能。

进一步优选的，所述烧结处理的温度为280-320℃，防止石墨烯等发生高温氧化。此外，若烧结加热温度过高时，气孔内的气体膨胀，表面鼓包，影响负离子发射电极的质量与外观；若烧结加热温度过低，复合材料结合不紧密，密度差直接影响材料导电性能。具体优选的，所述烧结处理的温度为300℃。

上述步骤S04中，将所述负离子发射材料进行加工成形，得到负离子发射电极。具体的，将所述负离子发射材料进行加工成椎体状，得到负离子发射电极。

本发明实施例提供的负离子发射电极的制备方法，方法简单易控，且得到的石墨烯负离子发射电极使用寿命长，负离子发射效果好，此外，具有较好的精度、面粗糙度。

以及，本发明实施例还提供了上述的负离子发射电极在负离子发生器领域的应用。

本发明实施例提供的负离子发射电极的应用，由于负离子发生器含有上述负离子发射电极，因此使用寿命长，负离子发射效果好。

下面结合具体实施例进行说明。

实施例1

一种负离子发射电极，所述负离子发射电极由石墨烯和金属粉末组成，且以所述负离子发射电极的原材料的总质量为100％计，所述负离子发射电极包括如下质量百分含量的下列组分：

且所述锡粉的粒径为1-10μm，所述银粉的粒径为1-10μm。

对比例1

一种碳纤维材料负离子发射电极。

对比例2

一种不锈钢金属探针材料负离子发射电极。

将实施例1和对比例1、2的发射电极进行性能测试，测试指标和测试方法如下：

(1)衰减率：

对比例2提供的金属探针材料负离子电极和对比例1提供的碳纤维材料负离子电极使用5个月后，衰减率达到50％，负离子生成量衰减明显。本发明实施例1提供的石墨烯材料负离子电极，使用12个月后，衰减率为5％。

(2)负离子迁移率：对比例2提供的金属探针材料负离子电极，1.5米处测试负离子数量21万每立方厘米；对比例1提供的碳纤维材料负离子电极，1.5米处测试负离子数量21万每立方厘米；本发明实施例1提供的石墨烯发射电极，1.5米处测试负离子数量105万每立方厘米。

(3)老化测试：

老化方法：在以上环境燃烧烟雾片，每隔8小时燃烧一次烟雾片，烟雾片燃烧所产生PM2.5粉尘以及油性物质吸附在负离子电极表面。

试验条件为：实验舱空间0.26平方米、实验舱内部平均温度40度、实验舱平均湿度86％、实验所需释放高压2万伏，测试时间1526小时。

测试结果：对比例1提供的碳纤维材料负离子电极老化前35厘米位置负离子释放量1650万每立方厘米，老化后35厘米位置负离子释放量1050万每立方厘米。

对比例2提供的金属探针材料负离子电极老化前35厘米位置负离子释放量1500万每立方厘米，老化后35厘米位置负离子释放量750万每立方厘米。

实施例1提供的石墨烯材料负离子电极老化前35厘米位置负离子释放量1980万每立方厘米，老化后35厘米位置负离子释放量1785万每立方厘米。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种负离子发射电极，其特征在于，所述负离子发射电极由石墨烯和金属粉末组成，且以所述负离子发射电极的原材料的总质量为100％计，所述负离子发射电极包括如下质量百分含量的下列组分：

2.如权利要求1所述的负离子发射电极，其特征在于，其中，所述锡粉的粒径为1-10μm，所述银粉的粒径为1-10μm。

3.如权利要求1所述的负离子发射电极，其特征在于，以所述负离子发射电极的原材料的总质量为100％计，所述负离子发射电极由如下质量百分含量的下列组分组成：

且所述锡粉的粒径为1-10μm，所述银粉的粒径为1-10μm。

4.一种负离子发射电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照权利要求1-3任一所述的负离子发射电极的配方称取各组分，混合处理后得到混合物料；

将所述混合物料进行加压成型处理，得到石墨烯混合物料成型品；

在惰性气氛或真空条件下，将所述石墨烯混合物料成型品进行烧结处理，得到负离子发射材料；

将所述负离子发射材料进行加工成形，得到负离子发射电极。

5.如权利要求4所述的负离子发射电极的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的温度为280-320℃。

6.如权利要求4所述的负离子发射电极的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的温度为300℃。

7.如权利要求4所述的负离子发射电极的制备方法，其特征在于，所述加压成型处理采用成型模具实现，所述成型模具包括上冲、中模、下冲、芯棒，所述加压成型处理的方法为：

将所述中模向下移动，使胚体露出中模面；将填粉盒向右方前进，利用其前端将胚体顶向右方的收料盘；所述中模向上移，使所述填粉盒移至模穴正方，混合粉末落入模穴内；充填结束后，所述填粉盒向左移，所述上冲向下移动进入所述中模，挤压所述混合粉末。

8.如权利要求7所述的负离子发射电极的制备方法，其特征在于，所述加压成型处理的条件为：压力为4-12兆帕，充填速度为0.5-120m/s，充填时间为0.01-0.2秒。

9.如权利要求7所述的负离子发射电极的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的气氛为氢气、氮氢混合气、裂解氨中的一种。

10.如权利要求1-3任一所述的负离子发射电极在负离子发生器领域的应用。