平板石墨烯高能离子芯装置及其制作方法与流程

本发明为离子芯装置及加工方法，特别涉及平板石墨烯高能离子芯装置及其制作方法，属于空气净化技术领域。

背景技术：

在国家实施《室内空气质量》标准十年来，人们对室内空气质量的认识已越来越深，除了过滤式空气净化器外，目前以全裸型静电空气净化器最普遍，静电式空气净化器采用全裸金属作为高压静电场的发生器，其除尘效果十分显著，是医疗系统除尘、杀菌、消毒的理想产品之一；但全裸型静电空气净化器产生严重的臭氧，不适用于封闭房间和人活动场所的空气净化。在高端领域已采用高能离子管空气净化器，具有更好的空气净化效果。由于这种高能离子空气净化装置加工复杂、制造成本高，难以普及推广。

我们已研制半封闭分离双极性强电场吸附式空气净化机芯，在静电净化和臭氧控制技术方面取得较好的效果，为研究高能离子技术提供了条件。半封闭分离双极性强电场吸附式空气净化机芯是采用静电吸附空气中污染物微粒方法进行空气净化，能有效净化空气，并有电击式杀毒灭菌功能。这种吸附式净化机芯与过滤式空气净化器相似，都有净化物累积在净化机芯表面过程，会逐渐堵塞净化表面，逐渐降低净化效果，净化寿命短。长期使用时，必须清洗再生或更换机芯，只比过滤式净化器略长效而已。这种净化机芯对甲醛、三苯等挥发性污染气体没有明显的净化作用。在半封闭分离双极性强电场吸附式空气净化机芯基础上，研发一种更长效、净化能力更强的低成本空气净化机芯是我们重点研究方向。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述现有技术中，堵塞净化表面、净化寿命短、需要更换的缺陷，提供了一种平板石墨烯高能离子芯装置，可以达到多功能、高净化效率、无臭氧污染、成本低、发展空间大的目的。

为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：平板石墨烯高能离子芯装置，包括离子发生器；

还包括平板石墨烯高能离子芯体，简称高能离子芯，所述高能离子芯包括石墨烯混合导电浆印迹板a、石墨烯混合导电浆印迹板b、盖板a、盖板b、正极导线和负极导线，所述石墨烯混合导电浆印迹板a简称为放电板a，所述石墨烯混合导电浆印迹板b简称为放电板b；所述盖板a的结构和盖板b结构相同，各包括盖板主体和盖板主体两端中间的半孔；

所述放电板a包括石英玻璃板a、正极导电板和负极导电板，所述石英玻璃板a的两相对面上，印迹有网孔板形状的石墨烯混合导电浆涂料；放电板a为正负极网孔导电体结构，即正负双极平板，放电板a一面为正极网孔导电体、即正极导电板，另一面为负极网孔导电体、即负极导电板；

所述放电板b包括石英玻璃板b和负极导电板，所述石英玻璃板b的一面上印迹有孔板形状的石墨烯混合导电浆涂料；放电板b为单负极网孔导电体结构、即单负极平板，放电板b的一面为负极网孔导电体、即负极导电板，另一面为光面；

石英玻璃板a和石英玻璃板b均为石英玻璃板，石英玻璃板长度为30-90mm，石英玻璃板宽度为10-30mm，石英玻璃板厚度为1-2.5mm，石墨烯混合浆状导电涂料印迹厚度为0.02-0.50mm；

所述放电板b的光面与放电板a的正极导电板面为无间隙紧密结合；所述负极导电板按石墨烯内部碳原子的排列方式设计成正六角形网状结构，边长为1-6mm，边宽为0.1-0.6mm；

所述正极导电板为针孔放电结构，所述针孔排列在相对负极导电板的正六角形网状结构的中心点和正六角形网状结构的4条斜边的中点，针孔直径为0.20-0.60mm；

所述正极导线的一端与放电板a的正极导电板连接，正极导线的另一端与离子发生器的正极端子连接；所述负极导线一端与放电板a和放电板b两外侧的负极导电板连接，负极导线的另一端与离子发生器负极端子连接；

当离子发生器工作时，在离子发生芯体的组合正负两极能施加1500v-2500v高电压，产生数亿的高能氧离子流，能长效净化空气；

平板石墨烯高能离子芯功能：离子发生器接通220v电源后，石墨烯高能离子芯的放电板a的正极导电板与两石英玻璃板对应的放电板a和放电板b的负极导电板间产生1500v-2500v高压放电，生成双氧离子，从正极向负极方向扩散。双氧离子流对空气中的病毒、病菌、甲醛、氨、硫化氢产生氧化分解；氧离子对流动空气中的voc挥发性气进行化学反应生成二氧化碳和水；带电离子吸附流动空气中微粒，微粒膨胀后自动掉落于地面。石墨烯高能离子芯产生的高能离子流对流动空气中的污染进行全面的净化，净化流动空气后产生的氧化分解物、二氧化碳、水及膨胀的微粒，都不会吸附在石墨烯高能离子芯上，而是被流动空气即时带走，保持石墨烯高能离子芯的长效性。

所述离子发生器型号yo-oydy300，功率为1w，离子发生器内部各件间采用耐温绝缘胶紧固连接。

所述石英玻璃板长度为60mm，石英玻璃板宽度为20.8mm，石英玻璃板厚度为1.50mm，石墨烯混合浆状导电涂料印迹厚度为0.20mm。

负极导电板的正六角形网状结构的边长为3mm，边宽为0.3mm；所述正导电板的针孔直径为0.30mm。

所述石英玻璃板制作工艺为：石英玻璃板用石英玻璃材料做成，石英玻璃是由各种纯净的天然石英如水晶、石英砂等熔化制成，采用石英玻璃1.5mm厚板材，进行加工处理，具体步骤为：

(1)剪切：把厚度为1.5mm石英玻璃板按60×20.8尺寸剪裁制成石英玻璃板零件；

(2)清洗：用10％的氢氟酸液浸泡20分钟后，用高纯水清洗；

(3)干燥处理：在抽空烘箱中；检验：检查外形尺寸，检查表面清洁度。

平板石墨烯高能离子芯装置的制作方法：所述石墨烯导电涂料、即石墨烯复合浆料的配制方法为：

石墨烯(graphene)是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，将石墨烯材料与浆态金属调配后，形成石墨烯增强粉与浆态金属基复合材料，按设计形状印迹在石英玻璃板面上，作为高能离子发射极的导电体，具有较好的离子生成效果，具体步骤为：

(1)石墨烯复合浆料的配方按质量百分比为：石墨烯增强粉1-5％，作为导电率调料；银粉73-80％，作为导电填料；双酚a型环氧树脂8-12％；酸酐类固化剂1-3％；甲基咪唑0-1％，作为促进剂；乙酸丁酯4-6％，作为非活性稀释剂；活性稀释剂692，1-2％；钛酸四乙酯0-1％；聚酰胺蜡0-1％；功能材料石墨烯复合浆的配比在上述范围内可调可变；

(2)石墨烯复合浆料调配工艺：

a)细化：石墨烯粉和银粉按配方比混合后，进行细化处理，平均细化粒径0.1μm<dav<10.0μm；

b)配料：按石墨烯复合浆料的配方比例进行配料；

c)混合：将石墨烯复合浆料的配料进行搅拌混合处理，要求混合均匀。

石墨烯复合浆料的配方按质量百分比为：石墨烯增强粉3.5％；银粉77％；双酚a型环氧树脂10％；酸酐类固化剂1.5％；甲基咪唑0.5％；乙酸丁酯5％；活性稀释剂692，1.5％；钛酸四乙酯0.5％；聚酰胺蜡0.5％。

石墨烯混合导电浆印迹于石英平板表面加工工艺包括放电板a的印迹工艺和放电板b的印迹工艺,

(一)放电板a的印迹工艺的印迹次序为先印迹负极导电板，烘干后反面印迹正极导电板，负极导电板和正极导电板的具体印迹工艺如下：

(1)负极导电板的印迹工艺:

a)制作印迹板：按负极导电板设计的图制作负极导电板，丝网厚度0.20mm；

b)清洁：对印迹机、印迹工具进行清洁处理；

c)放置石英玻璃板：在印迹机的印迹工位上排列正面放置经清洁处理和烘干处理的石英玻璃板，注意放置位置和方向必须正确；

d)印迹：按顺序印迹负极导电板；

e)烘干：烘干机在印迹生产线上，自动进入烘干机，烘干温度：60-100℃；

f)检验：对印迹质量进行检查，印迹与设计的符合性，印迹厚度0.20±0.03mm；

(2)正极导电板的印迹工艺:

a)制作印迹板：按正极导电板设计的图制作正极导电网板，丝网厚度0.20mm；

b)清洁：对印迹机、印迹工具进行清洁处理；

c)放置石英玻璃板：在印迹机的印迹工位上排列正极导电板反面反向放置经烘干处理有印迹负极导电板的石英玻璃板，注意放置位置和方向必须正确；

d)印迹：按顺序印迹正极导电板；

e)烘干：烘干机在印迹生产线上，自动进入烘干机，烘干温度：60-100b

f)检验：对印迹质量进行检查，印迹与设计的符合性，印迹厚度0.20±0.03mm；

(二)放电板b的印迹工艺如下：

a)制作印迹板：按负极导电板设计的图制作负极导电板，丝网厚度0.20mm；

b)清洁：对印迹机、印迹工具进行清洁处理；

c)放置石英玻璃板：在印迹机的印迹工位上排列反面放置经清洁处理和烘干处理的石英玻璃板，注意放置位置和方向必须正确；

d)印迹：按顺序印迹负极导电板；

e)烘干：烘干机在印迹生产线上，自动进入烘干机，烘干温度：60-100℃；

f)检验：对印迹质量进行检查，印迹与设计的符合性，印迹厚度0.20±0.03mm；

盖板a和盖板b由聚亚铣氨材料注塑而成，直接将放电板组件装入盖板a，然后盖上盖板b，装配工艺如下：

a)清洁盖板a和盖板b内外表面；

b)将装好导线的放电板组件卡入盖板a，注意正负导线应卡在盖板a两端的半孔内；

c)盖板b卡在盖板a上，注意正负导线应卡在盖板b两端的半孔内；

d)封胶：在盖板a和盖板b连接缝处注入502胶封口；

e)高能离子芯整机表面清洁处理；

f)整机性能试验；

到此，平板石墨烯高能离子芯体、即高能离子芯制作完成；再与离子发生器进行导线连接，成平板石墨烯高能离子芯装置为常规技术，不再赘述。

作用原理：本发明为平板石墨烯高能离子芯空气净化机芯。采用通常的电晕放电技术原理，双极石墨烯混合网孔导电体附着的双平板组成的高能双氧离子发生管机芯，在高电压下产生正负双氧离子流，以聚集、分解、转换方式净化空气中的有害气体、微粒和病毒病菌，保持机芯净化功能的主动性和长效性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

﹙1﹚多功能、高净化效率：高效杀毒灭菌：双氧离子流对空气中的病毒、病菌、甲醛产生氧化分解，具有病毒病菌的高效净化性；高效除臭：双氧离子流对空气中的氨、硫化氢产生氧化分解，具有高效除臭性能；高效排污：氧离子对流动空气中的voc挥发性气进行化学反应生成二氧化碳和水，具有对挥发性有害气体的高效净化能力；高效除尘：带电离子吸附流动空气中微粒，微粒膨胀后自动掉落于地面，具有对气溶胶高效净化效率；

﹙2﹚长效性：本发明对空气的高效净化，但对自身不产生污染物附着性堵塞，长久保持离子发生器芯的高效性；离子发生器产生1500v-2500v高压放电，生成双氧离子，从正极向负极方向扩散，双氧离子流对空气中的病毒、病菌、甲醛、氨、硫化氢产生氧化分解生成气体和水，不留固体物质；氧离子对流动空气中的voc挥发性气进行化学反应生成二氧化碳和水；带电离子吸附流动空气中微粒，微粒膨胀后在通道外自动掉落于地面，不会附着在机芯上，不影响离子芯的长久高效性；

﹙3﹚无臭氧污染：石墨烯高能离子芯产生的臭氧只有0.03mg/m³，远低于国家强制标准gb3095-2012《环境质量标准》一级环境要求的100μg/m³低得多，对环境不产生污染。

﹙4﹚成本低，发展空间大：离子芯的功能件放电板上的正负极导电板采用石墨烯复合浆料印迹工艺，是一种既省贵重材料加工成本又低的先进工艺。特别是负极导电板，是一种网状结构，采用金属板冲裁加工，废料占80％，加上冲裁模具的费用其成本远高于印迹工艺；功能材料石墨烯复合浆的配比可调可变，对产品性能的提升研究有较大发展空间。

附图说明

图1是：平板石墨烯高能离子芯装置结构图；

图2-1是：高能离子芯主视图；

图2-2是：高能离子芯俯视图；

图2-3是：高能离子芯后视图；

图3是：图2-1的a-a剖视图；

图4是：图3的a部放大图；

图5-1是：盖板a或盖板b的主视图；

图5-2是：图5-1的b-b剖视图；

图5-3是：盖板a或盖板b的立体图；

图6-1是：放电板a结构主视图(表面为负极导电板)；

图6-2是：放电板a结构后视图(表面为正极导电板)；

图6-3是：图6-1的c-c剖视图；

图6-4是：图6-3的b部放大图；

图7-1是：放电板b结构主视图(表面为负极导电板)；

图7-2是：放电板b结构后视图(表面为光板)；

图7-3是：图7-1的d-d剖视图；

图7-4是：图7-3的c部放大图；

图8-1是：图6-1的d部放大图；

图8-2是：图6-2的e部放大图；

图9是：高能离子芯的正负极导线引出图(高能离子芯工艺路线)。

附图标记说明：离子发生器1、高能离子芯2、放电板a201、石英玻璃板a20101、正极导电板20102、负极导电板20103、放电板b202、石英玻璃板b20201、盖板a203、盖板b204、正极导线205、负极导线206、盖板主体207、半孔208、针孔3。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

如图1至图9所示，平板石墨烯高能离子芯装置，包括离子发生器1；

如图1至图4所示，还包括平板石墨烯高能离子芯体，简称高能离子芯2，所述高能离子芯2包括石墨烯混合导电浆印迹板a、石墨烯混合导电浆印迹板b、盖板a203、盖板b204、正极导线205和负极导线206，所述石墨烯混合导电浆印迹板a简称为放电板a201，所述石墨烯混合导电浆印迹板b简称为放电板b202；所述盖板a203的结构和盖板b204结构相同，各包括盖板主体207和盖板主体207两端中间的半孔208；

如图6-1至图6-4所示，所述放电板a201包括石英玻璃板a20101、正极导电板20102和负极导电板20103，所述石英玻璃板a20101的两相对面上，印迹有网孔板形状的石墨烯混合导电浆涂料；放电板a201为正负极网孔导电体结构，即正负双极平板，放电板a201一面为正极网孔导电体、即正极导电板20102，另一面为负极网孔导电体、即负极导电板20103；

如图7-1至图7-4所示，所述放电板b202包括石英玻璃板b20201和负极导电板20103，所述石英玻璃板b20201的一面上印迹有孔板形状的石墨烯混合导电浆涂料；放电板b202为单负极网孔导电体结构、即单负极平板，放电板b202的一面为负极网孔导电体、即负极导电板20103，另一面为光面；

石英玻璃板a20101和石英玻璃板b20201均为石英玻璃板，石英玻璃板长度(a)为60mm，石英玻璃板宽度(b)为20.8mm，石英玻璃板厚度(h)为1.5mm，石墨烯混合浆状导电涂料印迹厚度(s)为0.2mm；

如图4所示，所述放电板b202的光面与放电板a201的正极导电板20102面为无间隙紧密结合；如图8-1所示，所述负极导电板20103按石墨烯内部碳原子的排列方式设计成正六角形网状结构，边长(c)为3mm，边宽(d)为0.3mm；

如图8-2所示，所述正极导电板20102为针孔3放电结构，所述针孔排列在相对负极导电板20103的正六角形网状结构的中心点和正六角形网状结构的4条斜边的中点，针孔直径(φ)为0.3mm；

如图9所示，所述正极导线205的一端与放电板a201的正极导电板20102连接，正极导线205的另一端与离子发生器1的正极端子连接；所述负极导线206一端与放电板a201和放电板b202两外侧的负极导电板20103连接，负极导线206的另一端与离子发生器1负极端子连接；

当离子发生器1工作时，在离子发生芯体的组合正负两极能施加1500v-2500v高电压，产生数亿的高能氧离子流，能长效净化空气；

平板石墨烯高能离子芯2功能：离子发生器1接通220v电源后，石墨烯高能离子芯2的放电板a201的正极导电板20102与两石英玻璃板对应的放电板a201和放电板b202的负极导电板20103间产生1500v-2500v高压放电，生成双氧离子，从正极向负极方向扩散。双氧离子流对空气中的病毒、病菌、甲醛、氨、硫化氢产生氧化分解；氧离子对流动空气中的voc挥发性气进行化学反应生成二氧化碳和水；带电离子吸附流动空气中微粒，微粒膨胀后自动掉落于地面。石墨烯高能离子芯2产生的高能离子流对流动空气中的污染进行全面的净化，净化流动空气后产生的氧化分解物、二氧化碳、水及膨胀的微粒，都不会吸附在石墨烯高能离子芯2上，而是被流动空气即时带走，保持石墨烯高能离子芯2的长效性。

如图1所示，所述离子发生器1型号yo-oydy300，功率为1w，离子发生器1内部各件间采用耐温绝缘胶紧固连接。

所述石英玻璃板制作工艺为：石英玻璃板用石英玻璃材料做成，石英玻璃是由各种纯净的天然石英如水晶、石英砂等熔化制成，采用石英玻璃1.5mm厚板材，进行加工处理，具体步骤为：

(1)剪切：把厚度为1.5mm石英玻璃板按60×20.8尺寸剪裁制成石英玻璃板零件；

(2)清洗：用10％的氢氟酸液浸泡20分钟后，用高纯水清洗；

(3)干燥处理：在抽空烘箱中；检验：检查外形尺寸，检查表面清洁度。

平板石墨烯高能离子芯2装置的制作方法：所述石墨烯导电涂料、即石墨烯复合浆料的配制方法为：

石墨烯(graphene)是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，将石墨烯材料与浆态金属调配后，形成石墨烯增强粉与浆态金属基复合材料，按设计形状印迹在石英玻璃板面上，作为高能离子发射极的导电体，具有较好的离子生成效果，具体步骤为：

(1)石墨烯复合浆料的配方按质量百分比为：石墨烯复合浆料的配方按质量百分比为：石墨烯增强粉3.5％；银粉77％；双酚a型环氧树脂10％；酸酐类固化剂1.5％；甲基咪唑0.5％；乙酸丁酯5％；活性稀释剂692，1.5％；钛酸四乙酯0.5％；聚酰胺蜡0.5％。功能材料石墨烯复合浆的配比在上述范围内可调可变；

(2)石墨烯复合浆料调配工艺：

a)细化：石墨烯粉和银粉按配方比混合后，进行细化处理，平均细化粒径0.1μm<dav<10.0μm；

b)配料：按石墨烯复合浆料的配方比例进行配料；

c)混合：将石墨烯复合浆料的配料进行搅拌混合处理，要求混合均匀。

石墨烯混合导电浆印迹于石英平板表面加工工艺包括放电板a201的印迹工艺和放电板b202的印迹工艺,

(一)放电板a201的印迹工艺的印迹次序为先印迹负极导电板20103，烘干后反面印迹正极导电板20102，负极导电板20103和正极导电板20102的具体印迹工艺如下：

(1)负极导电板20103的印迹工艺:

a)制作印迹板：按负极导电板20103设计的图制作负极导电板20103，丝网厚度0.20mm；

b)清洁：对印迹机、印迹工具进行清洁处理；

c)放置石英玻璃板：在印迹机的印迹工位上排列正面放置经清洁处理和烘干处理的石英玻璃板，注意放置位置和方向必须正确；

d)印迹：按顺序印迹负极导电板20103；

e)烘干：烘干机在印迹生产线上，自动进入烘干机，烘干温度：60-100℃；

f)检验：对印迹质量进行检查，印迹与设计的符合性，印迹厚度0.20±0.03mm；

(2)正极导电板20102的印迹工艺:

a)制作印迹板：按正极导电板20102设计的图制作正极导电网板，丝网厚度0.20mm；

b)清洁：对印迹机、印迹工具进行清洁处理；

c)放置石英玻璃板：在印迹机的印迹工位上排列正极导电板20102反面反向放置经烘干处理有印迹负极导电板20103的石英玻璃板，注意放置位置和方向必须正确；

d)印迹：按顺序印迹正极导电板20102；

e)烘干：烘干机在印迹生产线上，自动进入烘干机，烘干温度：60-100b

f)检验：对印迹质量进行检查，印迹与设计的符合性，印迹厚度0.20±0.03mm；

(二)放电板b202的印迹工艺如下：

a)制作印迹板：按负极导电板20103设计的图制作负极导电板20103，丝网厚度0.20mm；

b)清洁：对印迹机、印迹工具进行清洁处理；

c)放置石英玻璃板：在印迹机的印迹工位上排列反面放置经清洁处理和烘干处理的石英玻璃板，注意放置位置和方向必须正确；

d)印迹：按顺序印迹负极导电板20103；

e)烘干：烘干机在印迹生产线上，自动进入烘干机，烘干温度：60-100℃；

f)检验：对印迹质量进行检查，印迹与设计的符合性，印迹厚度0.20±0.03mm；

盖板a203和盖板b204由聚亚铣氨材料注塑而成，直接将放电板组件装入盖板a203，然后盖上盖板b204，装配工艺如下：

a)清洁盖板a203和盖板b204内外表面；

b)将装好导线的放电板组件卡入盖板a203，注意正负导线应卡在盖板a203两端的半孔208内；

c)盖板b204卡在盖板a203上，注意正负导线应卡在盖板b204两端的半孔208内；

d)封胶：在盖板a203和盖板b204连接缝处注入502胶封口；

e)高能离子芯2整机表面清洁处理；

f)整机性能试验；

到此，平板石墨烯高能离子芯2体、即高能离子芯2制作完成；再与离子发生器1进行导线连接，成平板石墨烯高能离子芯2装置为常规技术，不再赘述。

作用原理：本发明为平板石墨烯高能离子芯2空气净化机芯。采用通常的电晕放电技术原理，双极石墨烯混合网孔导电体附着的双平板组成的高能双氧离子发生管机芯，在高电压下产生正负双氧离子流，以聚集、分解、转换方式净化空气中的有害气体、微粒和病毒病菌，保持机芯净化功能的主动性和长效性。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。