专利名称：在放电尖端上生长碳纳米管阵列的负离子发生器的制作方法
技术领域：
一、所属领域本实用新型涉及气体放电技术领域的局部高电场导致空气电离，从而产生负离子的发生器，具体涉及一种在放电尖端上生长碳纳米管阵列的负离子发生器。
这种结构的缺点在于①放电尖端制造困难，因为不仅需要放电尖端的曲率半径很小，才能获得局部高电场，而且，在放电尖端上还需要镀一层特殊材料，以抗击阳离子的长期轰击；②绝缘隔离层的厚度既不能太厚，以保证结构小巧，又不能太薄，以保证其工作在6000V～8000V高电压下不被击穿。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是它包括负离子发射电极5、负离子发生器的外壳6、电风扇7、产生脉冲高压的电路8、导线9、外接电源插座10；其特点是所述负离子发射电极5包括放电尖端2、金属引线柱3和绝缘支座4，放电尖端2安装固定于仪器外壳上的绝缘支座4上的金属引线柱3上，在放电尖端2的顶部还生长有碳纳米管阵列1。
本实用新型的其它一些特点是，所述放电尖端2的材料可以选用一般的金属材料，如不锈钢、钨、钼等或半导体材料如硅等，加工成直径为几百微米的细丝，然后通过高压点焊，或者其他粘接方法成形于金属引线柱3上。
所述碳纳米管阵列1，既可以通过催化热解法、CVD法直接生长于尖端上，也可以通过电泳、涂敷、印刷等移植法成形于尖端顶部。
本实用新型由于采用了碳纳米管阵列，具有表面电场高、电离产生的负离子浓度大、抗离子轰击能力强、制备工艺简单等优点。
实施例参见图2～图4，图2是负离子发射电极结构放大图，包括金属或者半导体材料制成的放电尖端2、安装固定于仪器外壳所用的绝缘支座4、固定于支座上的金属引线柱3、在放电尖端上生长的碳纳米管阵列1。图3是负离子发生器整体结构图，包括负离子发射电极5、负离子发生器的金属外壳6、电风扇7、产生脉冲高压的电路8、导线9、外接220V插座10。
本发明按照下述常规工艺制备
1.安装于仪器外壳的固定支座4与金属引线柱3的制作固定支座4是将高压绝缘材料例如陶瓷，加工成如图所示的旋转体结构(图示为其侧视图)，中间钻孔，并将金属引线柱3固定于其中间。本实施例中固定支座4选用陶瓷材料。
2.放电尖端2的制作放电尖端2的材料，实验证明，可以选用一般的金属材料如不锈钢、钨、钼等，或者半导体材料如硅等，加工成直径为几百微米的细丝，然后通过高压点焊，或者其他粘接方法成形于金属引线柱上。本实施例中选用半导体材料钨，然后通过高压点焊方法成形于金属引线柱上。也可以通过其他粘接方法成形于金属引线柱上。
3.碳纳米管阵列1的制备对前述步骤中的放电尖端进行清洁处理，分别用丙酮、酒精、去离子水进行超声波清洗，然后，可以利用许多方法生长碳纳米管阵列。如催化热解法、CVD法直接生长于放电尖端上，也可以通过电泳、涂敷、印刷等移植法成形于放电尖端顶部。本实施例中选用催化热解法，在石英炉中进行生长，生长完成后，放电尖端的顶部就淀积有一层碳纳米管阵列1。钨尖上生长碳纳米管的结构可以通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)来观察，图3(a)所示为放大1000倍后的(SEM)电镜照片，(b)为碳纳米管阵列放大5000倍后的(SEM)电镜照片，可以看出碳纳米管阵列在钨尖的顶端淀积；图3(c)为碳纳米管阵列放大10000倍后的(TEM)电镜照片，可以看出碳纳米管的曲率半径为10nm～100nm左右，这样小的曲率半径可以得到很强的表面电场。
当然，CVD法、电泳、涂敷、印刷等移植法都可以完成碳纳米管阵列的制备。
4.仪器装配在完成上述步骤后，就获得了在放电尖端顶部生长有碳纳米管阵列的负离子发射电极。将该发射极的陶瓷绝缘支座固定于仪器的金属外壳上，如图2所示，电风扇安装于其后，便于吹出产生的负离子。高压脉冲产生电路的高压输出端通过导线接驳于发射极的金属引线柱上，电路板的负极与机壳相连。电路板的输入为220V交流电。
为了验证本实施例的有益效果，对制作的仪器进行测试，作为比较和参考，现提供一组不同区域负离子产生量的数据，见表一。另外，提供目前常见家电产品的负离子浓度输出量以及本实施例制作的仪器的负离子浓度输出量的比较数据，见表二。
从表二可以清楚看出，本实施例制作的仪器的负离子浓度的输出量比一般家电产品的输出量高2～3倍。这是因为碳纳米管阵列的曲率半径小，表面电场强，因而电离产生的负离子浓度大。
寿命实验中，经过100小时以上放置以及100小时以上加电测试，反复多次，负离子输出量没有变化，这是因为碳纳米管的机械强度大，抗离子轰击能力强，可以长期使用。
表一不同区域负离子产生量
表二家电产品与本实施例负离子输出量对比
权利要求1.一种在放电尖端上生长碳纳米管阵列的负离子发生器，包括负离子发射电极[5]、负离子发生器的外壳[6]、电风扇[7]、产生脉冲高压的电路[8]、导线[9]、外接电源插座[10]；其特征在于所述所述负离子发射电极[5]包括放电尖端[2]、金属引线柱[3]和绝缘支座[4]；放电尖端[2]安装固定于仪器外壳上的绝缘支座[4]上的金属引线柱[3]上，在放电尖端[2]的顶部生长有碳纳米管阵列[1]。
2.根据权利要求1所述的在尖端上生长碳纳米管阵列的负离子发生器，其特征在于放电尖端[2]的材料可以选用一般的金属材料，如不锈钢、钨、钼等或半导体材料如硅等，加工成直径为几百微米的细丝，然后通过高压点焊，或者其他粘接方法成形于金属引线柱[3]上。
3.根据权利要求1所述的在尖端上生长碳纳米管阵列的负离子发生器，其特征在于所述碳纳米管阵列[1]，既可以通过催化热解法、CVD法直接生长于尖端上，也可以通过电泳、涂敷、印刷等移植法成形于尖端顶部。
专利摘要一种采用在金属或者半导体尖端上生长碳纳米管作为发射电极的负离子发生器，它包括金属或者半导体材料制成的尖端、安装固定于仪器外壳所用的绝缘固定支座、固定于支座上的金属引线柱、在尖端上生长的碳纳米管阵列。还包括负离子发生器的金属外壳(机壳)、电风扇、产生脉冲高压的电路。它具有结构简单、工作安全可靠、负离子发生量大、使用寿命长、制备工艺简单等优点，可广泛用于家用电器以及办公教学场所。
文档编号A61L9/22GK2524406SQ01273778
公开日2002年12月4日 申请日期2001年12月30日 优先权日2001年12月30日
发明者刘君华, 李昕, 白鹏, 朱长纯 申请人:西安交通大学