專利名稱：臭氧發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種臭氧發(fā)生裝置，尤其涉及一種基于電暈放電原理的臭氧發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
臭氧是一種強氧化劑，在已知的幾種氧化劑中，臭氧的氧化性僅次于氟，因此能氧 化水及空氣中的污染物，如細菌或病毒等，被廣泛應用到水質(zhì)、空氣及環(huán)境的凈化。尤其是 在水處理方面，臭氧的氧化消毒效果比傳統(tǒng)的氯化劑高幾十倍，且無二次污染。臭氧在自然界中是由紫外線照射或閃電擊中空氣中的氧氣而形成。目前，人工產(chǎn) 生臭氧的方法主要有電解法、紫外光照法、電暈放電法等幾種。電暈放電是氣體介質(zhì)在由一 電暈電壓產(chǎn)生的不均勻電場中所產(chǎn)生的局部自持放電，所謂自持放電即不依賴外界電離條 件，僅由電暈電壓作用即可維持的一種氣體放電現(xiàn)象，該放電現(xiàn)象較為穩(wěn)定。利用電暈放電 原理制造的臭氧發(fā)生裝置由于臭氧產(chǎn)生效率高，可控性好及能夠制備高濃度臭氧而在工業(yè) 上應用最為廣泛。所述臭氧發(fā)生裝置一般包括一第一電極及相對設(shè)置的一第二電極，所述第一電極 靠近第二電極的表面具有多個放電單元，該放電單元為尖端或突起，所述第二電極靠近第 一電極的表面為平面或曲面。當給所述第一電極及第二電極施加外部電壓時，所述第一電 極中各個放電單元的末端聚集大量電荷，從而使所述第一電極中的各個放電單元及放電單 元之間的空間產(chǎn)生不均勻電場。當所述外部電壓達到所述電暈電壓時，所述尖端附近的氣 體被電離并產(chǎn)生電暈電流。而臭氧的生成過程主要分為三個步驟一、電暈電流提供自由電 子；二、所述自由電子與氧氣中的氧分子碰撞，產(chǎn)生自由氧原子；三、所述氧原子與氧分子 在中間氣體的作用下，結(jié)合生成臭氧分子。在所述臭氧產(chǎn)生過程中，電暈電流的大小極大影響著所述臭氧的產(chǎn)率和產(chǎn)量，電 暈電流越大，所述臭氧的產(chǎn)率和產(chǎn)量越高。有文獻指出在同等電壓下，通過減小所述第一電 極上尖端的直徑可增大電暈電流，請參見陳海豐等人于2007年10日發(fā)表的“多針電極結(jié)構(gòu) 雙極電暈放電伏安特性”。在現(xiàn)有的臭氧發(fā)生裝置中，所述放電單元一般為細長金屬，該細 長金屬的末端即為放電單元的放電端。但是金屬材料的特性決定在現(xiàn)有工藝下很難將所述 細長金屬末端的直徑加工到微米級甚至納米級以下。因此在現(xiàn)有的臭氧發(fā)生裝置中細長金 屬末端的直徑一般都在毫米級，使該臭氧發(fā)生裝置所產(chǎn)生的電暈電流較小。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供具有較大電暈電流的臭氧發(fā)生裝置?！N臭氧發(fā)生裝置，其包括間隔設(shè)置的一第一電極及一第二電極，所述第一電極 及第二電極至少部分相對設(shè)置。該臭氧發(fā)生裝置用于將注入到該第一及第二電極之間的氧 氣轉(zhuǎn)換為臭氧。所述第一電極靠近所述第二電極的一側(cè)設(shè)置有至少一放電單元，所述放電 單元包括至少一碳納米管線自第一電拉往第二電極方向延伸，該碳納米管線靠近所述第二電極的一端伸出至少一碳納米管。一種臭氧發(fā)生裝置，其包括間隔設(shè)置的一第一電極及一第二電極，所述第一電極 及第二電極為相互平行且間隔設(shè)置的板狀電極。所述第一電極靠近所述第二電極的一側(cè)間 隔設(shè)置有多個放電單元，該多個放電單元以陣列方式排列。該臭氧發(fā)生裝置用于將注入到 該第一電極及第二電極之間的氧氣轉(zhuǎn)換為臭氧。所述放電單元包括至少一碳納米管線自 第一電極往第二電極方向延伸，該碳納米管線靠近所述第二電極的一端伸出至少一碳納米 管。所述伸出的碳納米管表面設(shè)置有一金屬碳化物層或設(shè)置有多個金屬碳化物顆粒。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的臭氧發(fā)生裝置，其放電單元包括至少一碳納米管 線，該碳納米管線的放電端為直徑在納米級的碳納米管，因此所述臭氧發(fā)生裝置具有較大 電暈電流。


圖1是本發(fā)明實施例所提供的臭氧發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實施例所提供的臭氧發(fā)生裝置中作為放電單元的非扭轉(zhuǎn)碳納米管 線的掃描電鏡照片。圖3是本發(fā)明實施例所提供的臭氧發(fā)生裝置中作為放電單元的扭轉(zhuǎn)碳納米管線 的掃描電鏡照片。圖4是本發(fā)明實施例所提供的臭氧發(fā)生裝置中作為放電單元的碳納米管線靠近 第二電極一端的掃描電鏡照片。圖5是圖4中碳納米管線中尖端的透射電鏡照片。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明實施例提供的臭氧發(fā)生裝置。請參閱圖1，本發(fā)明實施例提供的一種臭氧發(fā)生裝置100，其包括相對且間隔設(shè)置 的一第一電極110及一第二電極120，一介電體130設(shè)置在所述第二電極120靠近所述第一 電極110的一側(cè)，至少一放電單元140設(shè)置在所述第一電極110靠近該介電體130的一側(cè)。 所述第一電極110及第二電極120電連接于一電源200。所述電源200為直流電源，其具有一正極210與一負極220，所述正極210與所述 第二電極120電連接，所述負極220與所述第一電極110電連接，使該第一電極110具有一 負電壓并由該負電壓產(chǎn)生電暈電流，此時，所述第一電極110為負極電暈放電?？梢岳斫?， 所述電源200與第一電極110及第二電極120的連接方式并不局限于上述連接方式。所述 負極220還可以與第二電極120電連接，而該正極210與所述第一電極110電連接，使該第 一電極110具有一正電壓并由該正電壓產(chǎn)生電暈電流，此時，所述第一電極110為正極電暈 放電?？梢岳斫猓鲭娫?00還可以為交流電源，此時所述第一電極110交替產(chǎn)生負極電 暈放電與正極電暈放電。所述第一電極110及第二電極120為兩個相互平行設(shè)置的板狀電極，該第一電極 110及第二電極120至少部分相對設(shè)置，以保證該第一電極110與第二電極120相對的部分 能夠產(chǎn)生不均勻電場，形成電暈電流。當然，所述第一及第二電極110、120還可以為兩個同 心且間隔設(shè)置的筒狀電極，該第一電極110套設(shè)在該第二電極120中。
所述介電體130設(shè)置在所述第二電極120靠近所述第一電極110的一側(cè)，且該介 電體130與放電單元140之間具有一定間隙。所述介電體130由陶瓷或其他耐熱絕緣材料 制成，且該介電體130覆蓋第二電極120面向第一電極110的表面。從而在當加載在所述 第一電極110與第二電極120之間的電壓大于電暈電壓時，確保所述第一電極110與第二 電極120之間難以形成通路電流，達到促進電暈放電的效果。所述介電體130還可以為玻 璃或塑膠等絕緣體?？梢岳斫?，所述介電體130為所述臭氧發(fā)生裝置100中的可選元件，即 該臭氧發(fā)生裝置100也可以不包括介電體130，此時，加載在所述第一電極110電壓應小于 所述放電單元140到第一電極120的擊穿電壓，使所述第一電極110與第二電極120之間 不形成通路電流，以確保該放電單元140為電暈放電。所述放電單元140通過嵌接或?qū)щ娔z粘接等方式固定于所述第一電極110。當所 述放電單元140為多個時，多個放電單元140間隔設(shè)置，優(yōu)選地，所述多個放電單元140以 陣列方式排列。每一放電單元140包括至少一碳納米管線自第一電極110往第二電極120 方向延伸，該放電單元140也可以為由多個碳納米管線平行并排設(shè)置或纏繞成線狀結(jié)構(gòu)。請參閱圖2及圖3，所述碳納米管線包括多個碳納米管沿其軸向扭轉(zhuǎn)或平行排列。 所述多個碳納米管首尾相連且基本沿碳納米管線軸向排列，相鄰的碳納米管通過范德華力 連接。所述碳納米管線長度不限，其直徑為0.5納米 100微米。具體地，所述碳納米管線 可通過對從一碳納米管陣列拉出的一碳納米管拉膜進行機械力扭轉(zhuǎn)或有機溶劑處理而獲 得，所述通過機械力扭轉(zhuǎn)而獲得的扭轉(zhuǎn)的碳納米管線中的多個碳納米管繞碳納米管線軸向 螺旋排列。所述通過有機溶劑處理而獲得的非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線中的多個碳納米管大致平 行排列。所述通過有機溶劑處理獲得的碳納米管線及其制備方法請參見范守善等人于2005 年12月16日申請的，于2007年6月20日公開的第CN1982209A號大陸公開專利申請。為 節(jié)省篇幅，僅引用于此，但所述申請所有技術(shù)揭露也應視為本發(fā)明申請技術(shù)揭露的一部分。所述碳納米管線靠近第二電極120的端部伸出至少一碳納米管作為該放電單元 140的放電端，所述碳納米管的直徑為0. 4納米 50納米。即所述放電端的直徑達到納米 級。因此，包括所述碳納米管線的放電單元140，其臭氧產(chǎn)生裝置100具有較大的電暈電流。 同時，每一碳納米管線可包括多個放電端，從而增加所述電暈電流的密度。請參見圖4及圖5，在本實施例中，所述碳納米管線靠近所述第二電極120的一端 還可以具有多個尖端。所述尖端包括多個碳納米管通過范德華力緊密結(jié)合并基本相互平 行，且該尖端靠近所述第二電極120的一端，即該尖端的頂部往第二電極120方向延伸出一 碳納米管，該碳納米管即為所述碳納米管線的放電端。多個尖端之間具有一定間隙，避免各 個尖端之間的電場屏蔽，同時所述突出的碳納米管被其他周圍的碳納米管通過范德華力牢 牢固定，因此該突出的碳納米管可以承受較大的放電電壓。所述尖端可以通過對所述碳納 米管線通電熔斷、對所述碳納米管線用激光燒斷或者對所述碳納米管線用電子束掃描而形 成。所述放電單元140的表面還可以進一步形成有一耐離子沖擊的金屬碳化物層或 設(shè)置有多個金屬碳化物顆粒，所述金屬碳化物層或多個金屬碳化物顆粒至少設(shè)置在放電端 的表面，優(yōu)選地，所述金屬碳化物層或金屬碳化物顆粒設(shè)置在放電單元140中每個碳納米 管的外表面。該金屬碳化物層或金屬碳化物顆粒能夠使所述放電單元140在放電過程中電 離氣體介質(zhì)所產(chǎn)生的離子不直接沖擊碳納米管，從而使所述放電單元140更耐離子沖擊，延長該放電單元140的使用壽命。所述金屬碳化物可為碳化鉿、碳化鈦、碳化鈮及碳化鋯中 的一種，優(yōu)選地，所述金屬碳化物選擇碳化鉿。所述臭氧發(fā)生裝置100工作時，當所述第一電極110與介電體130的間隙內(nèi)注入 干燥且含有氧氣的混合氣體時，給所述第一電極110與第二電極120供電。所述放電單元 140的末端聚集空間電荷，并使該尖端附近的電場增強，當所述尖端附近的電場大于第一電 極110與第二電極120之間的電場時產(chǎn)生放電，釋放的電子轟擊所述混合氣體中的氧分子， 使該氧分子分解成兩個氧原子；所述氧原子與氧分子在中間氣體的作用下，結(jié)合生成臭氧 分子。由上述臭氧分子的產(chǎn)生過程可知，所述臭氧分子產(chǎn)生的數(shù)量很大程度上取決于被釋 放的電子的多寡，即電暈電流的大小。所述電暈電流隨著放電單元末端的直徑的減小而增 大，而在本發(fā)明實施例中，所述放電單元140的末端為單根或多根間隔的直徑在納米級的 碳納米管，因此在同等條件下，可以使所述放電單元140產(chǎn)生較大的電暈電流強度。且當每 一放電單元140包括多個碳納米管線時，每個放電單元140的末端都包括多個碳納米管，因 此在同一放電單元140可包含多個放電端，大大提高了電暈電流的密度。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)作其它變化，當然這些依據(jù)本發(fā)明精 神所作的變化，都應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種臭氧發(fā)生裝置，其包括間隔設(shè)置的一第一電極及一第二電極，所述第一電極及第二電極至少部分相對設(shè)置，所述第一電極靠近所述第二電極的一側(cè)設(shè)置有至少一放電單元，該臭氧發(fā)生裝置用于將注入到該第一電極及第二電極之間的氧氣轉(zhuǎn)換為臭氧，其特征在于，所述放電單元包括至少一碳納米管線自第一電極往第二電極方向延伸，該碳納米管線靠近所述第二電極的一端伸出至少一碳納米管。
2.如權(quán)利要求1所述的臭氧發(fā)生裝置，其特征在于，所述碳納米管的直徑為0.4納米 50納米。
3.如權(quán)利要求1所述的臭氧發(fā)生裝置，其特征在于，所述臭氧發(fā)生裝置進一步包括一 介電體設(shè)置在所述第二電極靠近所述第一電極的一側(cè)，且該介電體與放電單元之間具有一 定間隙。
4.如權(quán)利要求3所述的臭氧發(fā)生裝置，其特征在于，所述介電體包括陶瓷、玻璃或塑 膠。
5.如權(quán)利要求3所述的臭氧發(fā)生裝置，其特征在于，該介電體覆蓋住該第二電極面向 第一電極的表面。
6.如權(quán)利要求1所述的臭氧發(fā)生裝置，其特征在于，所述第一電極及第二電極為兩個 同心且間隔設(shè)置的筒狀電極，且該第一電極套設(shè)在該第二電極中。
7.如權(quán)利要求1所述的臭氧發(fā)生裝置，其特征在于，所述碳納米管線包括多個碳納米 管首尾相連且基本沿碳納米管線軸向排列，相鄰的碳納米管通過范德華力連接。
8.如權(quán)利要求7所述的臭氧發(fā)生裝置，其特征在于，該多個碳納米管大致相互平行。
9.如權(quán)利要求7所述的臭氧發(fā)生裝置，其特征在于，所述多個碳納米管繞碳納米管線 軸向螺旋排列。
10.如權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的臭氧發(fā)生裝置，其特征在于，所述碳納米管線的 直徑為0.5納米 100微米。
11.如權(quán)利要求1所述的臭氧發(fā)生裝置，其特征在于，所述放電單元還包括多個碳納米 管線平行排列且纏繞成絞線結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求1所述的臭氧發(fā)生裝置，其特征在于，所述碳納米管線靠近所述第二電 極的一端具有多個尖端，所述尖端包括多個碳納米管通過范德華力結(jié)合并基本相互平行。
13.如權(quán)利要求12所述的臭氧發(fā)生裝置，其特征在于，所述尖端間隔設(shè)置。
14.如權(quán)利要求13所述的臭氧發(fā)生裝置，其特征在于，每個尖端的頂部往第二電極方 向延伸出一碳納米管。
15.如權(quán)利要求1所述的臭氧發(fā)生裝置，其特征在于，所述碳納米管線的表面設(shè)置有一 金屬碳化物層或設(shè)置有多個金屬碳化物顆粒。
16.一種臭氧發(fā)生裝置，其包括間隔設(shè)置的一第一電極及一第二電極，所述第一電極及 第二電極為相互平行且間隔設(shè)置的板狀電極，所述第一電極靠近所述第二電極的一側(cè)間隔 設(shè)置有多個放電單元，該多個放電單元以陣列方式排列，該臭氧發(fā)生裝置用于將注入到該 第一電極及第二電極之間的氧氣轉(zhuǎn)換為臭氧，其特征在于，所述放電單元包括至少一碳納 米管線自第一電極往第二電極方向延伸，該碳納米管線靠近所述第二電極的一端伸出至少 一碳納米管，所述伸出的碳納米管表面設(shè)置有一金屬碳化物層或設(shè)置有多個金屬碳化物顆 粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種臭氧發(fā)生裝置，其包括間隔設(shè)置的一第一電極及一第二電極，所述第一電極及第二電極至少部分相對設(shè)置。該臭氧發(fā)生裝置用于將注入到該第一及第二電極之間的氧氣轉(zhuǎn)換為臭氧。所述第一電極靠近所述第二電極的一側(cè)設(shè)置有至少一放電單元，所述放電單元包括至少一碳納米管線自第一電極往第二電極方向延伸，該碳納米管線靠近所述第二電極的一端伸出至少一碳納米管。本發(fā)明提供的臭氧發(fā)生裝置，其放電單元包括至少一碳納米管線，該碳納米管線的放電端為直徑在納米級的碳納米管，因此所述臭氧發(fā)生裝置具有較大電暈電流。
文檔編號C01B13/11GK101880030SQ200910107300
公開日2010年11月10日 申請日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者姜開利, 楊遠超, 范守善 申請人:清華大學;鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司