CN116598895A - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116598895A CN116598895A CN202310655125.7A CN202310655125A CN116598895A CN 116598895 A CN116598895 A CN 116598895A CN 202310655125 A CN202310655125 A CN 202310655125A CN 116598895 A CN116598895 A CN 116598895A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- discharge electrode
- ion wind
- wind generating
- generating device
- heat treatment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002715 modification method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 102
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 86
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 82
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 30
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 56
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 42
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 12
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 8
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 8
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 7
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 claims description 5
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 5
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 5
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 claims description 5
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 25
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 25
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 abstract description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 22
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 21
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 17
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 12
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 6
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 6
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 description 3
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N butan-1-olate;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-] YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 3
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 239000002103 nanocoating Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000270722 Crocodylidae Species 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- LNNWVNGFPYWNQE-GMIGKAJZSA-N desomorphine Chemical compound C1C2=CC=C(O)C3=C2[C@]24CCN(C)[C@H]1[C@@H]2CCC[C@@H]4O3 LNNWVNGFPYWNQE-GMIGKAJZSA-N 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T19/00—Devices providing for corona discharge
- H01T19/04—Devices providing for corona discharge having pointed electrodes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
- A61L9/16—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using physical phenomena
- A61L9/22—Ionisation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
- B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
- B03C3/40—Electrode constructions
- B03C3/41—Ionising-electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/04—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of carbon-silicon compounds, carbon or silicon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
- H01B13/0016—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables for heat treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
- H01B13/0026—Apparatus for manufacturing conducting or semi-conducting layers, e.g. deposition of metal
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
- H01B13/22—Sheathing; Armouring; Screening; Applying other protective layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
- H01B5/002—Auxiliary arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
- H01B5/14—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form comprising conductive layers or films on insulating-supports
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
- H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
- H01B7/18—Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
- H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
- H01B7/28—Protection against damage caused by moisture, corrosion, chemical attack or weather
- H01B7/2813—Protection against damage caused by electrical, chemical or water tree deterioration
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
- H01B7/42—Insulated conductors or cables characterised by their form with arrangements for heat dissipation or conduction
- H01B7/428—Heat conduction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
本发明提供了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。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。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。
Description
技术领域
本发明属于离子风发生装置技术领域,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
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。
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。
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。
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。
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。
发明内容
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。
为达到此发明目的,本发明采用以下技术方案:
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。
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。
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。
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。
优选地,所述碳纳米管的直径<5nm,例如1nm、2nm、3nm、4nm或4.5nm等。
优选地,所述碳纳米管的长度为5~15μm,例如5μm、8μm、10μm、13μm或15μm等。
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。
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。
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。
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。
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。
优选地,所述针-网电极结构中的针包括钨针。
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。
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。
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。
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:
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。
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。
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。
优选地,先对未改性的放电电极中的针进行清洗。
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。
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。
优选地,所述有机溶剂包括乙基纤维素和/或松油醇。
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。
优选地,所述烧结包括依次进行一次烧结和二次烧结。
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。
优选地,所述一次烧结的温度为180~250℃,例如180℃、200℃、230℃或250℃等。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
优选地,所述一次热处理的温度为150~170℃,例如150℃、160℃或170℃等。
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。
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。
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。
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。
优选地,所述接触的方法包括蘸取。
作为优选的技术方案,所述改性方法包括以下步骤:
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。
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。
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。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
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。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种离子风发生装置的改性放电电极,所述改性放电电极为针-网电极结构,改性放电电极中的针尖表面设有碳纳米管层和位于碳纳米管层表面的TiO2层(碳纳米管与TiO2的质量比为0.5:1)。
所述改性放电电极的改性方法如下:
(1)制备得到碳纳米管溶胶和TiO2溶胶;
碳纳米管溶胶:将纯度>90%,直径小于5nm,长度为10μm的CNTs以1/20的质量比溶于乙基纤维素和松油醇有机浆料中,在研钵里不断研磨使之均匀,再进行磁力搅拌4h,得到碳纳米管溶胶;
TiO2溶胶:将钛酸四丁酯-无水乙醇的混合溶液与冰乙酸-浓盐酸混合溶液混合,将溶胶液在研钵里不断研磨使之均匀,再进行磁力搅拌4h,得到TiO2溶胶;
(2)将清洗后的裸钨针(丙酮、异丙醇和去离子水在超声环境下对裸钨针进行清洗)的针尖蘸取CNTs溶胶,放入箱式电阻炉中,先在200℃下干燥10分钟(一次烧结),然后在350℃退火30分钟(二次烧结),冷却后取出;
(3)将针尖再次蘸取TiO2溶胶,放入箱式电阻炉中,在160℃烘干(一次热处理),然后在350℃焙烧30分钟(二次热处理),冷却后取出,得到改性放电电极。
实施例2
本实施例提供一种离子风发生装置的改性放电电极,所述改性放电电极为针-网电极结构,改性放电电极中的针尖表面设有碳纳米管层和位于碳纳米管层表面的TiO2层(碳纳米管与TiO2的质量比为0.7:1)。
所述改性放电电极的改性方法如下:
(1)制备得到碳纳米管溶胶和TiO2溶胶;
碳纳米管溶胶:将纯度>90%,直径小于5nm,长度为12μm的CNTs以1/20的质量比溶于乙基纤维素和松油醇有机浆料中,在研钵里不断研磨使之均匀,再进行磁力搅拌4h,得到碳纳米管溶胶;
TiO2溶胶:将钛酸四丁酯-无水乙醇的混合溶液与冰乙酸-浓盐酸混合溶液混合,将溶胶液在研钵里不断研磨使之均匀,再进行磁力搅拌4h,得到TiO2溶胶;
(2)将清洗后的裸钨针(丙酮、异丙醇和去离子水在超声环境下对裸钨针进行清洗)的针尖蘸取CNTs溶胶,放入箱式电阻炉中,先在250℃下干燥5分钟(一次烧结),然后在370℃退火25分钟(二次烧结),冷却后取出;
(3)将针尖再次蘸取TiO2溶胶,放入箱式电阻炉中,在170℃烘干(一次热处理),然后在370℃焙烧25分钟(二次热处理),冷却后取出,得到改性放电电极。
实施例3
本实施例提供一种离子风发生装置的改性放电电极,所述改性放电电极为针-网电极结构,改性放电电极中的针尖表面设有碳纳米管层和位于碳纳米管层表面的TiO2层(碳纳米管与TiO2的质量比为0.4:1)。
所述改性放电电极的改性方法如下:
(1)制备得到碳纳米管溶胶和TiO2溶胶;
碳纳米管溶胶:将纯度>90%,直径小于5nm,长度为15μm的CNTs以1/20的质量比溶于乙基纤维素和松油醇有机浆料中,在研钵里不断研磨使之均匀,再进行磁力搅拌4h,得到碳纳米管溶胶;
TiO2溶胶:将钛酸四丁酯-无水乙醇的混合溶液与冰乙酸-浓盐酸混合溶液混合,将溶胶液在研钵里不断研磨使之均匀,再进行磁力搅拌4h,得到TiO2溶胶;
(2)将清洗后的裸钨针(丙酮、异丙醇和去离子水在超声环境下对裸钨针进行清洗)的针尖蘸取CNTs溶胶,放入箱式电阻炉中,先在180℃下干燥10分钟(一次烧结),然后在320℃退火30分钟(二次烧结),冷却后取出;
(3)将针尖再次蘸取TiO2溶胶,放入箱式电阻炉中,在170℃烘干(一次热处理),然后在320℃焙烧30分钟(二次热处理),冷却后取出,得到改性放电电极。
实施例4
本实施例与实施例1的区别为,本实施例中保护层为氮化硼(BN),制备方法中将TiO2溶胶替换为氮化硼(BN)溶胶。
其余改性方法与参数与实施例1保持一致。
实施例5
本实施例与实施例1的区别为,本实施例中碳纳米管与TiO2的质量比为0.3:1。
其余改性方法与参数与实施例1保持一致。
实施例6
本实施例与实施例1的区别为,本实施例中碳纳米管与TiO2的质量比为0.8:1。
其余改性方法与参数与实施例1保持一致。
实施例7
本实施例与实施例1的区别为,本实施例步骤(2)中不进行二次烧结过程。
其余改性方法与参数与实施例1保持一致。
实施例8
本实施例与实施例1的区别为,本实施例步骤(2)的二次烧结的温度为300℃。
其余改性方法与参数与实施例1保持一致。
实施例9
本实施例与实施例1的区别为,本实施例步骤(2)的二次烧结的温度为400℃。
其余改性方法与参数与实施例1保持一致。
实施例10
本实施例与实施例1的区别为,本实施例步骤(3)中不进行二次热处理过程。
其余改性方法与参数与实施例1保持一致。
实施例11
本实施例与实施例1的区别为,本实施例步骤(2)的二次热处理的温度为300℃。
其余改性方法与参数与实施例1保持一致。
实施例12
本实施例与实施例1的区别为,本实施例步骤(2)的二次热处理的温度为400℃。
其余改性方法与参数与实施例1保持一致。
对比例1
本对比例与实施例1的区别为,本对比例中的放电电极不进行任何改性处理。
对比例2
本对比例与实施例1的区别为,本对比例中的改性放电电极的碳纳米管层表面未设置保护层TiO2层,制备方法中不进行步骤(3)。
其余改性方法与参数与实施例1保持一致。
对比例3
本对比例与实施例1的区别为,本对比例中的改性放电电极的针尖表面直接为TiO2层,制备方法中不进行步骤(2)中蘸取碳纳米管溶胶的过程。
其余改性方法与参数与实施例1保持一致。
对比例4
本对比例与实施例1的区别为,本对比例中的改性放电电极中的针尖表面设有TiO2层和位于TiO2层表面的碳纳米管层(即先后顺序的调换)。
制备方法中,步骤(2)和步骤(3)中的顺序适应性调换。
其余改性方法与参数与实施例1保持一致。
将实施例1-12与对比例1-4提供的放电电极进行性能测试,测试条件为:
测试场景:设定放电电极间距为15cm,下方电极采用铜网,上方电极为针电极。采用1-100kv的静电发生器提供电源,通过鳄鱼夹夹取不同钨针以更换测试条件。通过调节高压电源输出电压,直到首次出现放电现象,记录当前电压值为开启电压。在离子风的通道中放置测速仪,测速仪应尽可能地靠近离子风发生器,以最大限度地减少环境因素的影响。启动测速仪,多次测量,记录下测量到的风速,计算出离子风的平均风速,测试结果如表1所示。
对各种测试调节的放电电极进行48小时连续放电测试后,通过显微镜观察表面磨损及其裂痕,根据观察涂层表面情况,实施例7、对比例2、对比例4的涂层裂纹明显,且部分脱落。对其余电极再次进行72小时连续放电测试,只有实施例8、实施例10、实施例11、实施例12表面有磨损,其余电极针表面与放电前几乎无变化。
表1
从实施例1与实施例5和6的数据结果可知,碳纳米管与保护层中材料的质量比过大,会导致增加放电电阻,而质量比过小,又会影响电极放电效果。
从实施例1与实施例7-9的数据结果可知,得到碳纳米管层后,单纯进行一次烧结即干燥的过程,不进行二次烧结,无法实现碳纳米管涂层牢固附着在钨针表面;而二次烧结的温度过高,导致碳纳米管结构破坏,温度过低,又会导致涂层不完全固化,与钨针表面结合强度低。
从实施例1与实施例10-12的数据结果可知,得到保护层后,单纯进行一次热处理即干燥的过程,不进行二次热处理,无法实现提升保护涂层的附着强度和稳定性;而二次热处理的温度过高,不利于涂层表面的固化,导致涂层表面缺陷,影响放电效果,温度过低,又会导致涂层与碳纳米管结合的强度不足。
从实施例1与对比例1的数据结果可知,不对放电电极进行任何改性处理,就无法提升离子风发生装置的放电电极性能。
从实施例1与对比例2-4的数据结果可知,只有采用本发明提供的技术方案,即碳纳米管层与保护层的双重改性且先后顺序固定,才可同时实现放电电极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。改变任何一个条件,均不能提升放电电极的性能。
综上所述,本发明提供的放电电极结构,改性过程中进行多步烧结和热处理过程,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。
申请人声明,以上所述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,所属技术领域的技术人员应该明了,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种离子风发生装置的改性放电电极,其特征在于,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。
2.根据权利要求1所述的离子风发生装置的改性放电电极,其特征在于,所述碳纳米管的直径<5nm;
优选地,所述碳纳米管的长度为5~15μm;
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;
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;
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;
优选地,所述针-网电极结构中的针包括钨针。
3.根据权利要求1或2所述的离子风发生装置的改性放电电极,其特征在于,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。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的离子风发生装置的改性放电电极的改性方法,其特征在于,所述改性方法包括以下步骤:
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。
5.根据权利要求4所述的离子风发生装置的改性放电电极的改性方法,其特征在于,先对未改性的放电电极中的针进行清洗;
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;
优选地,所述碳纳米管溶胶中碳纳米管的浓度为4~70mg/mL;
优选地,所述有机溶剂包括乙基纤维素和/或松油醇。
6.根据权利要求4或5所述的离子风发生装置的改性放电电极的改性方法,其特征在于,所述烧结包括依次进行一次烧结和二次烧结;
优选地,所述一次烧结的温度为180~250℃;
优选地,所述一次烧结的时间为5~10min;
优选地,所述二次烧结的温度为320~380℃;
优选地,所述二次烧结的时间为25~35min。
7.根据权利要求4-6任一项所述的离子风发生装置的改性放电电极的改性方法,其特征在于,所述热处理包括依次进行一次热处理和二次热处理;
优选地,所述一次热处理的温度为150~170℃;
优选地,所述一次热处理的时间为5~15min;
优选地,所述二次热处理的温度为320~380℃;
优选地,所述二次热处理的时间为25~35min。
8.根据权利要求4-7任一项所述的离子风发生装置的改性放电电极的改性方法,其特征在于,所述接触的方法包括蘸取。
9.根据权利要求4-6任一项所述的离子风发生装置的改性放电电极的改性方法,其特征在于,所述改性方法包括以下步骤:
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。
10.一种离子风发生装置,其特征在于,所述离子风发生装置包括如权利要求1-3任一项所述的改性放电电极。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310655125.7A CN116598895A (zh) | 2023-06-05 | 2023-06-05 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310655125.7A CN116598895A (zh) | 2023-06-05 | 2023-06-05 | 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 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116598895A true CN116598895A (zh) | 2023-08-15 |
Family
ID=87606211
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202310655125.7A Pending CN116598895A (zh) | 2023-06-05 | 2023-06-05 | 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 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116598895A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116793892A (zh) * | 2023-08-29 | 2023-09-22 | 东莞松山湖国际机器人研究院有限公司 | 一种基于重力传感器的高压电场干燥率的计算方法 |
-
2023
- 2023-06-05 CN CN202310655125.7A patent/CN116598895A/zh active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116793892A (zh) * | 2023-08-29 | 2023-09-22 | 东莞松山湖国际机器人研究院有限公司 | 一种基于重力传感器的高压电场干燥率的计算方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bo et al. | Vertically oriented graphene sheets grown on metallic wires for greener corona discharges: lower power consumption and minimized ozone emission | |
JP2007527324A (ja) | ナノ構造材料の成膜方法 | |
JP5497001B2 (ja) | 導電性ペースト組成物およびそれを用いて形成された導電性膜 | |
CN116598895A (zh) | 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 | |
JP2005519201A (ja) | ナノ構造材料のための堆積方法 | |
WO2016056557A1 (ja) | グラフェン粉末、リチウムイオン電池用電極ペーストおよびリチウムイオン電池用電極 | |
JP2007056136A (ja) | カーボンナノチューブ分散液及びその製造方法、並びに印刷用カーボンナノチューブペースト及び電子放出源 | |
EP2998968A1 (en) | Copper-fine-particle dispersion liquid, conductive-film formation method, and circuit board | |
Saranya et al. | Microwave-assisted exfoliation method to develop platinum-decorated graphene nanosheets as a low cost counter electrode for dye-sensitized solar cells | |
CN101181986A (zh) | 微米多孔碳微球及其制备方法 | |
JP2003203557A (ja) | カーボンナノチューブを含むペースト用複合物及びこれを利用した電子放出素子及びその製造方法 | |
Manivannan et al. | Fabrication and effect of post treatment on flexible single-walled carbon nanotube films | |
JP2010519416A (ja) | カーボンナノチューブの電気化学的堆積方法 | |
CN112280383A (zh) | 多孔碳化钛MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨及其制备方法 | |
CN112143289A (zh) | 多孔碳化铌MXene/还原氧化石墨烯基导电油墨及其制备方法 | |
KR20080013366A (ko) | 나노와이어의 정렬을 통한 전계방출 에미터 전극의제조방법 | |
TWI476145B (zh) | 臭氧發生裝置 | |
JP2015189607A (ja) | カーボンナノチューブ分散液、及び導電性フィルム | |
JP7282424B2 (ja) | カーボンナノチューブ(cnt)ペーストエミッタ、その製造方法及びそれを利用するx線管装置 | |
JP2015160964A (ja) | ニッケル粉末とその製造方法 | |
Talebi et al. | Electrophoretic deposition of p-type Bi2Te3 for thermoelectric applications | |
CN111366424B (zh) | 一种电极材料截面的加工方法 | |
Liu et al. | Electrophoretic carbon nanotube field emission layer for plasma display panels | |
Liu et al. | A method to fabricate field emitters using electroless codeposited composite of MWNTs and nickel | |
CN108624899A (zh) | 反蛋白石结构铁电薄膜复合光电极及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |