CN113521370A - 一种低温等离子体富氧灭菌面罩 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低温等离子体富氧灭菌面罩，包括罩体，罩体设有第一、二网状光纤层、第一、第二玻璃纤维布层和网孔隧道式等离子体层，第一玻璃纤维布层内表面上设有纳米氧化银杀菌层；第一网状光纤层使LED激光光源发出的波长185纳米紫外光照射在有纳米氧化银杀菌层的第一玻璃纤维布层上；第二玻璃纤维布层内表面上设有纳米二氧化钛消毒灭菌层，第二网状光纤层使LED激光光源发出的波长256纳米紫外光照射在有纳米二氧化钛消毒灭菌层的第二玻璃纤维布层上；网孔隧道式等离子体层对进入微孔隧道内的病毒细菌进行灭杀，对进入罩体的空气进行富氧活化。本发明能对病毒细菌采取多道灭杀，同时对进入罩体的空气进行富氧活化，以提高罩体内的氧饱和量。
Description
技术领域
本发明涉及卫生领域，具体地，涉及一种低温等离子体富氧灭菌面罩。
背景技术
面罩是一种常用的卫生防护用品，可以起到保暖、防尘、防菌、防臭等功能，在通过飞沫传染的流感或病毒的爆发期，面罩可以起到一定隔离病毒的作用。一般或特殊的医用面罩也可以起到隔离病毒的作用。
在传染病爆发期间，尤其工作或生活在病毒浓度较高的场所时，需要可具备主动杀菌灭菌功能的面罩，但是传统的面罩主要起到隔离、过滤作用，无法直接杀菌或灭菌，尤其是无法针对病原体携带者进行防控，不能切断病原体携带者向外界传播病原体的这一路径，导致病毒进一步扩散，从而加大了防疫工作的难度。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供低温等离子体富氧灭菌面罩。
根据本发明提供一种低温等离子体富氧灭菌面罩，包括：设有固定部的罩体，所述罩体由外层到内层依次设有第一网状光纤层、第一玻璃纤维布层、第二网状光纤层、第二玻璃纤维布层和网孔隧道式等离子体层，其中，
所述第一玻璃纤维布层的内表面上设有一层纳米氧化银杀菌层，所述纳米氧化银杀菌层利用纳米氧化银消毒灭菌；
所述第一网状光纤层利用光纤的光导能力，将第一LED激光光源发出的波长为185纳米的深紫外光均匀地照射在设有纳米氧化银杀菌层的所述第一玻璃纤维布层上，通过紫外杀菌和纳米氧化银杀菌的共同作用，起到杀菌的作用；
所述第二玻璃纤维布层的内表面上设有一层纳米二氧化钛消毒灭菌层,所述纳米二氧化钛消毒灭菌层利用纳米二氧化钛光催化杀菌和降解有机物；
所述第二网状光纤层利用光纤的光导能力，将第二LED激光光源发出的波长为256纳米的紫外光均匀地照射在设有纳米二氧化钛消毒灭菌层的第二玻璃纤维布层上，通过紫外杀菌和纳米二氧化钛对空气中有毒有害物质和细菌尸体降解，起到消毒灭菌的作用；
所述网孔隧道式等离子体层用于产生紫外线、负离子及臭氧，用于以对进入微孔隧道内的病毒细菌进行灭杀，对进入所述罩体的空气进行富氧活化，以提高罩体内的氧饱和量。
优选地，所述纳米氧化银杀菌层通过纳米氧化银溅射或蒸镀于所述第一玻璃纤维布层的内表面形成。
优选地，所述纳米二氧化钛消毒灭菌层通过纳米二氧化钛溅射或蒸镀于所述第二玻璃纤维布层的内表面形成。
优选地，所述第一网状光纤层采用185nm梳状激光紫外线光纤杀菌层。
优选地，第二网状光纤层采用256nm激光紫外线光纤杀菌层。
优选地，所述网孔隧道式等离子体层包括两层金属薄片和绝缘体，所述绝缘体夹在两层所述金属薄片之间形成一体结构，所述一体结构设有贯通其厚度的若干微米级通孔，且所述若干微米级通孔垂直于所述罩体平面分布，形成所述微孔隧道，通过对两层所述金属薄片施加射频电压，在微孔隧道内形成电离场产生紫外线、负离子和臭氧。
优选地，所述罩体外表面上设有空气质量检测传感器和无线通信部件，其中，所述空气质量检测传感器用于实时检测所述罩体外部的空气质量，通过所述无线通信部件将检测数据传输至外部终端，所述外部终端根据接收的检测数据调整所述网孔隧道式等离子体层的工作频率。
优选地，所述罩体外表面上设有用于采集外界能量并将其转化为电能的采能器；和用于存储所述采能器采集的电能并为所述第一LED激光光源、所述第二LED激光光源、所述空气质量检测传感器和所述无线通信部件提供电源的储能器。
与现有技术相比，本发明具有如下至少一种的有益效果：
本发明上述面罩，第一道为185nm梳状激光紫外线光纤杀菌层，第二道为纳米氧化银杀菌层，第一道即第一网状光纤层主要是通过光纤的光导能力，将基于MEMS制造超微型波长为185纳米的第一LED激光光源产生的深紫外光均匀的照射在生长有纳米氧化银的第一玻璃纤维布层上，通过紫外杀菌和纳米氧化银杀菌的共同作用，起到杀菌的作用，通过第一道与第二道的纳米氧化银杀菌层进行有效的组合，能有效的提高纳米氧化银杀菌的消毒灭菌能力；第三道为256nm激光紫外线光纤杀菌层，第四道为纳米二氧化钛消毒灭菌层，第三道与第四道的纳米二氧化钛消毒灭菌层的有效组合，可以提高纳米二氧化钛杀菌和降解有机物的效率；第三道与第四道相结合其功能一是为了消毒，降解空气中有毒有害的有机物(一般有毒有害气体均以有机物的形式存在)；其功能二是为了辅助第二道为纳米氧化银杀菌层进一步灭除有害病菌，降解细菌尸体；即先通过纳米氧化银杀菌层是“杀”，进一步通过纳米二氧化钛消毒灭菌层是“灭”，从而确保进气通道可以实现有效的杀菌、灭菌功能；通过四道灭菌后，最终空气流入柔性的网孔隧道式等离子体层，通过微孔低温等离子体在微孔隧道内形成的电离场产生的紫外线、负离子、臭氧，对病毒细菌进行灭杀，对进入罩体的空气进行富氧活化，以提高罩体内的氧饱和量。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明一优选实施例的低温等离子体富氧灭菌面罩的结构示意图；
图2是本发明一优选实施例的低温等离子体富氧灭菌面罩的灭菌流程图；
图3是本发明一优选实施例的低温等离子体富氧灭菌面罩的工作过程示意图；
图4是本发明一优选实施例的低温等离子体富氧灭菌面罩的结构示意图；
图5是本发明一优选实施例的低温等离子体富氧灭菌面罩的剖视图；
图6是本发明一优选实施例的低温等离子体富氧灭菌面罩的第一种网状光纤层的结构示意图；
图7是本发明一优选实施例的低温等离子体富氧灭菌面罩的第二种网状光纤层的结构示意图；
图8是本发明一优选实施例的低温等离子体富氧灭菌面罩的网孔隧道式等离子体层的结构示意图；
图9是本发明一优选实施例的低温等离子体富氧灭菌面罩的网孔隧道式等离子体层的微孔结构分布示意图；
图中标记分别表示为：1为罩体、2为无线通信部件、3为空气质量检测传感器、4为采能器、5为储能器、6为固定部、20为第一网状光纤层、21为第一LED激光光源、22为纳米氧化银杀菌层、23为第一玻璃纤维布层、24为第二LED激光光源、25为第二网状光纤层、26为微孔结构、27为纳米二氧化钛消毒灭菌层、28为第二玻璃纤维布层、29为网孔隧道式等离子体层、291为金属薄片、292为绝缘体。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
参照图1所示，为本发明一优选实施例的一种低温等离子体富氧灭菌面罩的结构示意图，图中包括罩体1，罩体1罩设于佩戴者的面部。罩体1上设有用于与佩戴者头部固定的固定部6，作为一优选方式，固定部6可以为头箍、设有魔术贴的连接部件等。
罩体1由外层到内层依次设有第一网状光纤层20、第一玻璃纤维布层23、第二网状光纤层25、第二玻璃纤维布层28和网孔隧道式等离子体层29，其中，
第一玻璃纤维布层23的内表面上设有一层纳米氧化银杀菌层22，纳米氧化银杀菌层22利用纳米氧化银消毒灭菌。
第一网状光纤层20利用光纤的光导能力，将基于MEMS制备超微型波长为185纳米的第一LED激光光源21产生的波长为185纳米的深紫外光均匀的照射设有纳米氧化银杀菌层22的第一玻璃纤维布层23上，通过紫外杀菌和纳米氧化银杀菌的共同作用，起到杀菌的作用；第一LED激光光源21设置于第一网状光纤层20的截面端口，通过光纤的光导作用来贯通整个光纤网络。
第二玻璃纤维布层28的内表面上设有一层纳米二氧化钛消毒灭菌层27,纳米二氧化钛消毒灭菌层27利用纳米二氧化钛光催化杀菌和降解有机物。
第二网状光纤层25利用光纤的光导能力，将基于MEMS制备超微型波长为256纳米的第二LED激光光源24产生的波长为256纳米的紫外光均匀的照射设有纳米二氧化钛消毒灭菌层27的第二玻璃纤维布层28上，通过紫外杀菌和纳米二氧化钛对空气中有毒有害物质和细菌尸体降解，起到消毒灭菌的作用；第二LED激光光源24设置在第二网状光纤层25的截面端口，通过光纤的光导作用来贯通整个光纤网络。
网孔隧道式等离子体层29用于产生紫外线、负离子及臭氧，用于以对进入微孔隧道内的病毒细菌进行灭杀，对进入罩体1的空气进行富氧活化，以提高罩体1内的氧饱和量。
上述实施例的空化效应的双向灭菌净化面罩，具有进、出双向消毒灭菌功能。面罩采用NEMS微纳集成制造技术制造。因此具有轻、小、柔、可折叠的特点。面罩采用主动式消毒灭菌方式，进气通道由纳米二氧化钛光催化杀菌、纳米氧化银杀菌、185nm和256nm激光紫外杀菌及网孔隧道式等离子体灭菌富氧活化构成。
结合图2、图3、图4及图5所示，将波长为185nm的第一LED激光光源21由侧面导入由光纤编织的第一网状光纤层20，形成185nm梳状激光紫外线光纤杀菌层，由第一网状光纤层20射出的波长为185nm的紫外光线进入第一玻璃纤维布中均匀弥散，以杀灭空气中的各类病毒与细菌，最后与涂敷在第一玻璃纤维布表面纳米氧化银杀菌层22进行光催化，达到进一步消毒灭菌的目的；将波长为256nm的第二LED激光光源24由侧面导入由光纤编织的第二网状光纤层25，形成256nm激光紫外线光纤杀菌层，由第二网状光纤层25射出的波长为256nm的紫外光线再进入第二玻璃纤维布层28中均匀弥散，以杀灭空气中的各类病毒与细菌，最后与涂敷在第二玻璃纤维布层28表面纳米二氧化钛进行光催化，达到进一步消毒灭菌的目的。185nm梳状激光紫外线光纤杀菌层、纳米氧化银杀菌层22、256nm激光紫外线光纤杀菌层以及纳米二氧化钛消毒灭菌层27，从而形成四道杀菌结构；通过第一道185nm梳状激光紫外线光纤杀菌层和第二道纳米氧化银杀菌层22进行有效的组合，由于185nm紫外线具有产生臭氧的能力，因此，能有效的提高纳米氧化银杀菌的消毒灭菌能力。通过第三道256nm激光紫外线光纤杀菌层和第四道纳米二氧化钛消毒灭菌层27进行有效的组合，以提高纳米二氧化钛杀菌和降解有机物的效率；同时，考虑到紫外线对皮肤有伤害，因此，在185nm梳状激光紫外线光纤杀菌层的内侧面加了涂覆有纳米氧化银杀菌层22的第一玻璃纤维布层23，且纳米氧化银杀菌层22位于第一玻璃纤维布层23的内侧面；在256nm激光紫外线光纤杀菌层的内侧面加了涂覆有纳米二氧化钛消毒灭菌层27的第二玻璃纤维布层28，且纳米二氧化钛消毒灭菌层27位于第二玻璃纤维布层28的内侧面，起到双重功能防护层。这里内侧是指靠近面罩佩戴者一侧。上述第一LED激光光源21、第二LED激光光源24可以采用低功耗LED光源，体积非常小，可以由面罩本体自带。
参照图6、图7所示，第一网状光纤层20、第二网状光纤层25采用交织两根光纤交织编织网状的结构，尤其是将第一网状光纤层20设置在进气通道2的最外层既能有效阻挡较大颗粒物，同时又能有效的杀灭病毒与细菌，形成进气通道2的第一道防护体系。
在其他部分优选实施例中，纳米氧化银杀菌层22是由纳米氧化银溅射或蒸镀在第一玻璃纤维布层23的一面形成，纳米二氧化钛消毒灭菌层27是由纳米二氧化钛溅射或蒸镀在第二玻璃纤维布层28的一面形成。玻璃纤维布具有光导作用，因此，紫外线将均匀的分布在每一根纤维内，且能提供均匀的光导分布，而另一面由于有纳米二氧化钛层、纳米氧化银的阻挡，使紫外线将不易外漏。同时，玻璃纤维布的结构还能起到阻挡颗粒物的作用。
参照图5所示，在罩体1的最内层即在纳米二氧化钛消毒灭菌层27的内侧设有网孔隧道式等离子体层29。网孔隧道式等离子体层29通过MEMS工艺制备，采用MEMS制备微尺度等离子体结构，使得低温等离子体放电可以在大气常压低电压的条件下工作，产生等离子体对人体没有伤害；将其用在面罩上安全可靠。参照图8所示，网孔隧道式等离子体层29包括两层金属薄片291和绝缘体292，将绝缘体292夹在两层金属薄片291之间形成一体结构。绝缘体292可以是柔性材料，上下两层的金属薄片291可以用蒸镀或溅射的方法，制备在柔性绝缘层的两面。参照图9所示，在一体结构上设有贯通其厚度的若干均匀分布的微米级通孔形成微孔结构26(即微孔隧道)。若干微米级通孔垂直所述罩体1平面分布；能形成直径从几十微米到几百微米不等的孔。通过对两层金属薄片291施加射频电压，使微米级通孔内产生等离子体。在具体实施时，网孔隧道式等离子体层29的两层金属薄片291裸露部分会涂敷硅胶或聚酰亚胺进行安全保护。参照图6所示，在纳米二氧化钛消毒灭菌层27的内层形成若干均匀分布的微米级通孔，从而形成了进气通道的第5道防护层，进一步对进气进行杀菌处理。在具体实施时，当把射频直流或高频交流电源接入***时，两层金属薄片291电极之间会产生等离子体，其放电情况与孔径大小、电极间距、气压以及电流大小有关。能工作在高气压环境下，当孔径很小时，只需较低的电压便可维持两电极之间产生稳定的放电，得到气体温度和电子密度都较高的等离子体。
网孔隧道式等离子体层29不同于传统针尖状的等离子体放电，本实施例中采用MEMS方法制作的低压等离子体无需繁、重的升压电路，且功耗很小，基于MEMS集成制造的低压低温等离子体采用密布于垂直平面的微米级通孔结构，微孔结构26电极放电能在常压和低功耗的工作环境下产生等离子体。通过对平面两侧的金属电极施加射频电压，在微孔内产生等离子体，由于采用MEMS制造方法和微尺度效应，产生的等离子体非常均匀，而且微孔结构26将有效阻挡大颗粒物质，同时还有效的利用了孔道长度产生匀质的紫外辉光低温等离子体，同时隧道内的低温等离子体能裂解水分子产生氧气和臭氧，形成低温等离子体隧道效应。
在其他部分优选实施例中，金属薄片291的材料采用铜、镍、铂金、钨、鉬、铼中任一种。
在其他部分优选实施例中，绝缘体292的材料采用云母、陶瓷、玻璃纤维、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、PDMS等。
在他部分优选实施例中，参照图1所示，罩体1的外表面上设有空气质量检测传感器3和无线通信部件2，其中，空气质量检测传感器3用于实时检测罩体1外部的空气质量，通过无线通信部件2将检测数据传输至外部终端，外部终端根据接收的检测数据调整网孔隧道式等离子体层29的工作频率，以有效提高消毒灭菌***的续航能力。作为一优选方式，空气质量检测传感器3是一种基于MEMS制备的具有光电效应的空气质量检测传感器3。
在他部分优选实施例中，参照图1所示，罩体1的外表面上设有用于采集外界能量并将其转化为电能的采能器4；和用于存储采能器4采集的电能并为第一LED激光光源21、第二LED激光光源24提供电源的储能器5。同时也能为上述空气质量检测传感器3及无线通信部件2提供电源。通过设置采能器4和储能器5可实现面罩的自供能。
作为一优选方式，采能器4可以包括太阳能采能器、温差采能器、呼吸能采能器以及射频能量采集器中任一种或多种。太阳能采能器、温差采能器、呼吸能采能器以及射频能量采集器为市售产品。
上述实施例所述的面罩，主要用于传染病疫情重灾区和被生化武器污染的区域，其采用了MEMS规模化生产制造工艺，在规模化生产的情况下，成本会非常低廉，而且可以根据情况随机组合，以降低成本，提高效用。上述面罩可以长时间的使用，面罩的罩体1可以更换，设置于罩体1上的电子器件可以反复使用。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (8)
1.一种低温等离子体富氧灭菌面罩，其特征在于：包括设有固定部的罩体，所述罩体由外层到内层依次设有第一网状光纤层、第一玻璃纤维布层、第二网状光纤层、第二玻璃纤维布层和网孔隧道式等离子体层，其中，
所述第一玻璃纤维布层的内表面上设有一层纳米氧化银杀菌层，所述纳米氧化银杀菌层利用纳米氧化银消毒灭菌；
所述第一网状光纤层利用光纤的光导能力，将第一LED激光光源发出的波长为185纳米的深紫外光均匀地照射在设有纳米氧化银杀菌层的所述第一玻璃纤维布层上，通过紫外杀菌和纳米氧化银杀菌的共同作用，起到杀菌的作用；
所述第二玻璃纤维布层的内表面上设有一层纳米二氧化钛消毒灭菌层,所述纳米二氧化钛消毒灭菌层利用纳米二氧化钛光催化杀菌和降解有机物；
所述第二网状光纤层利用光纤的光导能力，将第二LED激光光源发出的波长为256纳米的紫外光均匀地照射在设有纳米二氧化钛消毒灭菌层的第二玻璃纤维布层上，通过紫外杀菌和纳米二氧化钛对空气中有毒有害物质和细菌尸体降解，起到消毒灭菌的作用；
所述网孔隧道式等离子体层用于产生紫外线、负离子及臭氧，用于以对进入微孔隧道内的病毒细菌进行灭杀，对进入所述罩体的空气进行富氧活化，以提高所述罩体内的氧饱和量。
2.根据权利要求1所述的一种低温等离子体富氧灭菌面罩，其特征在于：所述纳米氧化银杀菌层通过纳米氧化银溅射或蒸镀于所述第一玻璃纤维布层的内表面形成。
3.根据权利要求1所述的一种低温等离子体富氧灭菌面罩，其特征在于：所述纳米二氧化钛消毒灭菌层通过纳米二氧化钛溅射或蒸镀于所述第二玻璃纤维布层的内表面形成。
4.根据权利要求1所述的一种低温等离子体富氧灭菌面罩，其特征在于：所述第一网状光纤层采用185nm梳状激光紫外线光纤杀菌层。
5.根据权利要求1所述的一种低温等离子体富氧灭菌面罩，其特征在于：第二网状光纤层采用256nm激光紫外线光纤杀菌层。
6.根据权利要求1所述的一种低温等离子体富氧灭菌面罩，其特征在于：所述网孔隧道式等离子体层包括两层金属薄片和绝缘体，所述绝缘体夹在两层所述金属薄片之间形成一体结构，所述一体结构设有贯通其厚度的若干微米级通孔，且所述若干微米级通孔垂直于所述罩体平面分布，形成所述微孔隧道，通过对两层所述金属薄片施加射频电压，在微孔隧道内形成电离场产生紫外线、负离子和臭氧。
7.根据权利要求1所述的一种低温等离子体富氧灭菌面罩，其特征在于：所述罩体外表面上设有空气质量检测传感器和无线通信部件，其中，所述空气质量检测传感器用于实时检测所述罩体外部的空气质量，通过所述无线通信部件将检测数据传输至外部终端，所述外部终端根据接收的检测数据调整所述网孔隧道式等离子体层的工作频率。
8.根据权利要求7所述的一种低温等离子体富氧灭菌面罩，其特征在于：所述罩体外表面上设有用于采集外界能量并将其转化为电能的采能器；和用于存储所述采能器采集的电能并为所述第一LED激光光源、所述第二LED激光光源、所述空气质量检测传感器和所述无线通信部件提供电源的储能器。
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