本發(fā)明屬于負(fù)離子發(fā)射技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種負(fù)離子發(fā)射電極及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

負(fù)離子是一種對(duì)人體健康非常有益的遠(yuǎn)紅外輻射材料，有“空氣維生素”、“空氣維他命”的美譽(yù)。負(fù)離子發(fā)生器是一種生成空氣負(fù)離子的裝置，其中，產(chǎn)生負(fù)離子的負(fù)離子發(fā)射電極是負(fù)離子發(fā)生器的重要組成部分。

目前，常用的負(fù)離子發(fā)射電極通常采用金屬探針、碳纖維等材料制成。金屬探針、碳纖維制備的負(fù)離子發(fā)射電極，材料使用壽命短，一定時(shí)間后負(fù)離子釋放量衰減嚴(yán)重，因此，隔3-6個(gè)月就需要更換新的負(fù)離子發(fā)射電極。其中，金屬探針在高電壓工作狀態(tài)(產(chǎn)生負(fù)離子所需的工作狀態(tài))氧化速度非?？?，而金屬電極尖端氧化會(huì)影響負(fù)離子的發(fā)射，甚至達(dá)到檢測(cè)設(shè)備無(wú)法檢測(cè)到負(fù)離子釋放的程度。而碳纖維材料制備的負(fù)離子發(fā)射電極，釋放負(fù)離子的同時(shí)有靜電產(chǎn)生，而靜電會(huì)吸附周圍粉塵，粉塵積聚到一定量后，碳纖維頂端呈現(xiàn)黏稠狀，此時(shí)也不能有效釋放負(fù)離子。其次，采用碳纖維材料制備的負(fù)離子發(fā)射電極時(shí)，負(fù)離子在釋放負(fù)離子過(guò)程同時(shí)有臭氧生成，低濃度的臭氧可消毒，但超標(biāo)的臭氧則是個(gè)無(wú)形殺手(它強(qiáng)烈刺激人的呼吸道，造成咽喉腫痛、胸悶咳嗽、引發(fā)支氣管炎和肺氣腫；臭氧會(huì)造成人的神經(jīng)中毒，頭暈頭痛、視力下降、記憶力衰退；臭氧會(huì)對(duì)人體皮膚中的維生素e起到破壞作用，致使人的皮膚起皺、出現(xiàn)黑斑；臭氧還會(huì)破壞人體的免疫機(jī)能，誘發(fā)淋巴細(xì)胞染色體病變，加速衰老，致使孕婦生畸形兒)，目前市場(chǎng)上的碳纖維負(fù)離子發(fā)生器大多存在臭氧超標(biāo)問(wèn)題。為了避免臭氧超標(biāo)，負(fù)離子釋放電壓只能選用低高壓激發(fā)，而低電壓激發(fā)釋放的負(fù)離子濃度偏低，限制了其推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種負(fù)離子發(fā)射電極及其制備方法和應(yīng)用，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)采用的負(fù)離子發(fā)射電極使用壽命短，且負(fù)離子發(fā)射效果不佳(由于材料易氧化或靜電吸塵影響負(fù)離子發(fā)射，或者控制臭氧釋放導(dǎo)致負(fù)離子釋放量低)的問(wèn)題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種負(fù)離子發(fā)射電極，所述負(fù)離子發(fā)射電極由石墨烯和金屬粉末組成，且以所述負(fù)離子發(fā)射電極的原材料的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述負(fù)離子發(fā)射電極包括如下質(zhì)量百分含量的下列組分：

相應(yīng)的，一種負(fù)離子發(fā)射電極的制備方法，包括以下步驟：

按照上述的負(fù)離子發(fā)射電極的配方稱取各組分，混合處理后得到混合物料；

將所述混合物料進(jìn)行加壓成型處理，得到石墨烯混合物料成型品；

在惰性氣氛或真空條件下，將所述石墨烯混合物料成型品進(jìn)行燒結(jié)處理，得到負(fù)離子發(fā)射材料；

將所述負(fù)離子發(fā)射材料進(jìn)行加工成形，得到負(fù)離子發(fā)射電極。

以及，上述的負(fù)離子發(fā)射電極在負(fù)離子發(fā)生器領(lǐng)域的應(yīng)用。

本發(fā)明提供的負(fù)離子發(fā)射電極，采用石墨烯復(fù)合材料制成，化學(xué)穩(wěn)定性好，不易氧化，使用壽命長(zhǎng)，可以延長(zhǎng)負(fù)離子發(fā)射模塊使用壽命。具體的，相較于金屬探針以及碳纖維材料負(fù)離子釋放電極(正常使用3-5個(gè)月負(fù)離子生成量衰減明顯，衰減率達(dá)到30％-50％)，本發(fā)明提供的所述石墨烯負(fù)離子發(fā)射電極在加裝過(guò)濾網(wǎng)使用測(cè)試使用一年，負(fù)離子濃度幾乎沒(méi)有衰減(使用初期60厘米處測(cè)試負(fù)離子數(shù)量2000萬(wàn)每立方厘米；使用12個(gè)月后，60厘米處測(cè)試負(fù)離子數(shù)量為1900萬(wàn)每立方厘米)。

其次，由于所述負(fù)離子發(fā)射電極采用石墨烯超導(dǎo)材料作為負(fù)離子釋放電極，臭氧生成量少，僅為金屬負(fù)離子發(fā)射電極、碳纖維材料制成的負(fù)離子發(fā)射電極的五分之一，產(chǎn)生的負(fù)離子純度高、遷移率大、活性強(qiáng)。具體的，金屬探針負(fù)離子電極釋放裝置距離1米測(cè)得負(fù)離子濃度60萬(wàn)每立方厘米；碳纖維負(fù)離子電極釋放裝置距離1米測(cè)得負(fù)離子濃度68萬(wàn)每立方厘米；而本發(fā)明提供的石墨烯負(fù)離子電極釋放裝置距離1米測(cè)得負(fù)離子濃度185萬(wàn)每立方厘米。

本發(fā)明提供的負(fù)離子發(fā)射電極的制備方法，方法簡(jiǎn)單易控，且得到的石墨烯負(fù)離子發(fā)射電極使用壽命長(zhǎng)，負(fù)離子發(fā)射效果好，此外，具有較好的精度、面粗糙度。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種負(fù)離子發(fā)射電極，所述負(fù)離子發(fā)射電極由石墨烯和金屬粉末組成，且以所述負(fù)離子發(fā)射電極的原材料的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述負(fù)離子發(fā)射電極包括如下質(zhì)量百分含量的下列組分：

本發(fā)明實(shí)施例中，特定含量的所述石墨烯粉體、所述錫粉、所述銀粉通過(guò)所述黏結(jié)劑復(fù)合，所述石墨烯粉體、所述錫粉、所述銀粉三者協(xié)同，不僅賦予所述負(fù)離子發(fā)射電極高硬度和高強(qiáng)度，而且具有較好的導(dǎo)電率和抗氧化性能。所述負(fù)離子發(fā)射電極中，各組分含量發(fā)生變動(dòng)，都會(huì)影響所述負(fù)離子發(fā)射電極的性能。如，若所述石墨烯比例過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料成型困難，難以形成特定形狀的發(fā)射電極，若所述石墨烯比例過(guò)低，則所述負(fù)離子發(fā)射電極導(dǎo)電率差，材料抗氧化降低；若所述錫粉和所述銀粉比例過(guò)高，會(huì)降低復(fù)合材料的抗氧化性能，而比例過(guò)低又滿足不了強(qiáng)度要求。當(dāng)然，所述負(fù)離子發(fā)射電極的性能是由石墨烯和金屬粉末共同影響的，上述列舉的只是幾種傾向，并非表示所述負(fù)離子發(fā)射電極的性能受單一成分影響。所述黏結(jié)劑便于粉末沖壓過(guò)程的灌裝，但在燒結(jié)過(guò)程中去除，因此含量不宜過(guò)高。若所述黏結(jié)劑比例過(guò)高，由于燒結(jié)的溫度又有嚴(yán)格控制，而不能有效去除。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述金屬粉末的粒徑對(duì)所述負(fù)離子發(fā)射電極的性能有影響。具體的，若所述金屬粉末的粒度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致所述石墨烯粉體、所述錫粉、所述銀粉之間的結(jié)合不緊密，不易成型，且強(qiáng)度和硬度降低；而當(dāng)所述金屬粉末的粒度過(guò)小時(shí)，由于材料之間間摩擦力大、流動(dòng)性差，而影響沖壓灌裝工作。粒度越細(xì)復(fù)合材料在后續(xù)過(guò)程越容易成型有鑒于此，優(yōu)選的，所述錫粉的粒徑為1-10μm，所述銀粉的粒徑為1-10μm。

本發(fā)明實(shí)施例中，所述石墨烯粉體具有潤(rùn)滑功能，因此，制備所述負(fù)離子發(fā)射電極時(shí)可選擇不添加潤(rùn)滑劑。優(yōu)選的，為了更便于粉體的流動(dòng)，提高視密度，并減少模具之間的磨耗，可在所述負(fù)離子發(fā)射電極的原料中天機(jī)潤(rùn)滑劑。單添加的潤(rùn)滑劑應(yīng)滿足能在燒結(jié)過(guò)程中去除。

作為一個(gè)最佳實(shí)施例，以所述負(fù)離子發(fā)射電極的原材料的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述負(fù)離子發(fā)射電極由如下質(zhì)量百分含量的下列組分組成：

且所述錫粉的粒徑為1-10μm，所述銀粉的粒徑為1-10μm。

本發(fā)明實(shí)施例提供的負(fù)離子發(fā)射電極，采用石墨烯復(fù)合材料制成，化學(xué)穩(wěn)定性好，不易氧化，使用壽命長(zhǎng)，可以延長(zhǎng)負(fù)離子發(fā)射模塊使用壽命。具體的，相較于金屬探針以及碳纖維材料負(fù)離子釋放電極(正常使用3-5個(gè)月負(fù)離子生成量衰減明顯，衰減率達(dá)到30％-50％)，所述石墨烯負(fù)離子發(fā)射電極在加裝過(guò)濾網(wǎng)測(cè)試使用一年，負(fù)離子濃度幾乎沒(méi)有衰減，最初60厘米處測(cè)試負(fù)離子數(shù)量2000萬(wàn)每立方厘米，使用12個(gè)月60厘米處測(cè)試負(fù)離子數(shù)量為1900萬(wàn)每立方厘米。其次，由于所述負(fù)離子發(fā)射電極采用石墨烯超導(dǎo)材料作為負(fù)離子釋放電極，臭氧生成量少，僅為金屬負(fù)離子發(fā)射電極、碳纖維材料制成的負(fù)離子發(fā)射電極的五分之一，產(chǎn)生的負(fù)離子純度高、遷移率大、活性強(qiáng)。具體的，金屬探針負(fù)離子電極釋放裝置距離1米測(cè)得負(fù)離子濃度60萬(wàn)每立方厘米；碳纖維負(fù)離子電極釋放裝置距離1米測(cè)得負(fù)離子濃度68萬(wàn)每立方厘米；而本發(fā)明實(shí)施例提供的石墨烯負(fù)離子電極釋放裝置距離1米測(cè)得負(fù)離子濃度185萬(wàn)每立方厘米。本發(fā)明實(shí)施例中，應(yīng)當(dāng)理解，負(fù)離子純度用于表征負(fù)離子裝置在釋放負(fù)離子過(guò)程中臭氧、超氧化物、氮化物等氣體釋放量多少，臭氧、超氧化物、氮化物等氣體釋放越少，負(fù)離子純度越高。負(fù)離子遷移率用于表征負(fù)離子本身能量，能量越高負(fù)離子活動(dòng)距離越遠(yuǎn)。

相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種負(fù)離子發(fā)射電極的制備方法，包括以下步驟：

s01.按照上述的負(fù)離子發(fā)射電極的配方稱取各組分，混合處理后得到混合物料；

s02.將所述混合物料進(jìn)行加壓成型處理，得到石墨烯混合物料成型品；

s03.在惰性氣氛或真空條件下，將所述石墨烯混合物料成型品進(jìn)行燒結(jié)處理，得到負(fù)離子發(fā)射材料；

s04.將所述負(fù)離子發(fā)射材料進(jìn)行加工成形，得到負(fù)離子發(fā)射電極。

具體的，上述步驟s01中，所述負(fù)離子發(fā)射電極的配方組分如上文所述，為了節(jié)約篇幅，此處不再贅述。將各組分混合處理的方式?jīng)]有明確的限制，能實(shí)現(xiàn)均勻混合即可。

上述步驟s02中，將所述混合物料進(jìn)行加壓成型處理，優(yōu)選的，所述加壓成型處理采用成型模具實(shí)現(xiàn)，所述成型模具包括上沖、中模、下沖、芯棒，所述加壓成型處理的方法為：

將所述中模向下移動(dòng)，使胚體露出中模面；將填粉盒向右方前進(jìn)，利用其前端將胚體頂向右方的收料盤(pán)；所述中模向上移，使所述填粉盒移至模穴正方，所述混合粉末落入模穴內(nèi)；充填結(jié)束后，所述填粉盒向左移，所述上沖向下移動(dòng)進(jìn)入所述中模，擠壓述混合粉末。由此制備的負(fù)離子發(fā)射電極復(fù)合材料，使用壽命長(zhǎng)，負(fù)離子發(fā)射效果好。

充填速度變化對(duì)石墨烯負(fù)離子電極有影響，若充填速度過(guò)快，型腔中的氣體很難完全排除，會(huì)導(dǎo)致石墨烯負(fù)離子電極表層存在氣孔；而充填速度慢也不利于生產(chǎn)效率的提高。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述加壓成型處理的條件為：壓力為4-12兆帕，充填速度為0.5-120m/s，充填時(shí)間為0.01-0.2秒。由此制備的負(fù)離子發(fā)射電極復(fù)合材料，精度為it12-it11，面粗糙度多在3.2-0.8μm之間，最低可達(dá)0.4μm。

上述步驟s03中，對(duì)所述石墨烯混合物料成型品進(jìn)行燒結(jié)處理，為了防止所述負(fù)離子發(fā)射材料各材料發(fā)生高溫氧化，將粉末表面可能存在的氧化層還原，并幫助燒除胚體內(nèi)之黏結(jié)劑，以及可能存在的潤(rùn)滑劑，所述燒結(jié)在惰性氣氛或真空狀態(tài)下進(jìn)行，更優(yōu)選在還原氣氛下進(jìn)行。優(yōu)選的，所述燒結(jié)處理的氣氛為氫氣、氮?dú)浠旌蠚?、裂解氨中的一種，從而可以防止石墨烯等發(fā)生高溫氧化，保證得到的負(fù)離子發(fā)射電極各項(xiàng)性能。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述燒結(jié)處理的溫度為280-320℃，防止石墨烯等發(fā)生高溫氧化。此外，若燒結(jié)加熱溫度過(guò)高時(shí)，氣孔內(nèi)的氣體膨脹，表面鼓包，影響負(fù)離子發(fā)射電極的質(zhì)量與外觀；若燒結(jié)加熱溫度過(guò)低，復(fù)合材料結(jié)合不緊密，密度差直接影響材料導(dǎo)電性能。具體優(yōu)選的，所述燒結(jié)處理的溫度為300℃。

上述步驟s04中，將所述負(fù)離子發(fā)射材料進(jìn)行加工成形，得到負(fù)離子發(fā)射電極。具體的，將所述負(fù)離子發(fā)射材料進(jìn)行加工成椎體狀，得到負(fù)離子發(fā)射電極。

本發(fā)明實(shí)施例提供的負(fù)離子發(fā)射電極的制備方法，方法簡(jiǎn)單易控，且得到的石墨烯負(fù)離子發(fā)射電極使用壽命長(zhǎng)，負(fù)離子發(fā)射效果好，此外，具有較好的精度、面粗糙度。

以及，本發(fā)明實(shí)施例還提供了上述的負(fù)離子發(fā)射電極在負(fù)離子發(fā)生器領(lǐng)域的應(yīng)用。

本發(fā)明實(shí)施例提供的負(fù)離子發(fā)射電極的應(yīng)用，由于負(fù)離子發(fā)生器含有上述負(fù)離子發(fā)射電極，因此使用壽命長(zhǎng)，負(fù)離子發(fā)射效果好。

下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。

實(shí)施例1

一種負(fù)離子發(fā)射電極，所述負(fù)離子發(fā)射電極由石墨烯和金屬粉末組成，且以所述負(fù)離子發(fā)射電極的原材料的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述負(fù)離子發(fā)射電極包括如下質(zhì)量百分含量的下列組分：

且所述錫粉的粒徑為1-10μm，所述銀粉的粒徑為1-10μm。

對(duì)比例1

一種碳纖維材料負(fù)離子發(fā)射電極。

對(duì)比例2

一種不銹鋼金屬探針材料負(fù)離子發(fā)射電極。

將實(shí)施例1和對(duì)比例1、2的發(fā)射電極進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試指標(biāo)和測(cè)試方法如下：

(1)衰減率：

對(duì)比例2提供的金屬探針材料負(fù)離子電極和對(duì)比例1提供的碳纖維材料負(fù)離子電極使用5個(gè)月后，衰減率達(dá)到50％，負(fù)離子生成量衰減明顯。本發(fā)明實(shí)施例1提供的石墨烯材料負(fù)離子電極，使用12個(gè)月后，衰減率為5％。

(2)負(fù)離子遷移率：對(duì)比例2提供的金屬探針材料負(fù)離子電極，1.5米處測(cè)試負(fù)離子數(shù)量21萬(wàn)每立方厘米；對(duì)比例1提供的碳纖維材料負(fù)離子電極，1.5米處測(cè)試負(fù)離子數(shù)量21萬(wàn)每立方厘米；本發(fā)明實(shí)施例1提供的石墨烯發(fā)射電極，1.5米處測(cè)試負(fù)離子數(shù)量105萬(wàn)每立方厘米。

(3)老化測(cè)試：

老化方法：在以上環(huán)境燃燒煙霧片，每隔8小時(shí)燃燒一次煙霧片，煙霧片燃燒所產(chǎn)生pm2.5粉塵以及油性物質(zhì)吸附在負(fù)離子電極表面。

試驗(yàn)條件為：實(shí)驗(yàn)艙空間0.26平方米、實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)部平均溫度40度、實(shí)驗(yàn)艙平均濕度86％、實(shí)驗(yàn)所需釋放高壓2萬(wàn)伏，測(cè)試時(shí)間1526小時(shí)。

測(cè)試結(jié)果：對(duì)比例1提供的碳纖維材料負(fù)離子電極老化前35厘米位置負(fù)離子釋放量1650萬(wàn)每立方厘米，老化后35厘米位置負(fù)離子釋放量1050萬(wàn)每立方厘米。

對(duì)比例2提供的金屬探針材料負(fù)離子電極老化前35厘米位置負(fù)離子釋放量1500萬(wàn)每立方厘米，老化后35厘米位置負(fù)離子釋放量750萬(wàn)每立方厘米。

實(shí)施例1提供的石墨烯材料負(fù)離子電極老化前35厘米位置負(fù)離子釋放量1980萬(wàn)每立方厘米，老化后35厘米位置負(fù)離子釋放量1785萬(wàn)每立方厘米。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。