一種以摩擦電納米發(fā)電機為過濾層的高效防護口罩的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高效過濾技術(shù),特別是一種以摩擦電納米發(fā)電機為過濾層的高效防護口罩。
【背景技術(shù)】
[0002]摩擦納米發(fā)電機的制備技術(shù)已經(jīng)日趨成熟,其開路電壓和短路電流從最初的幾伏特(V)和幾納安(nA),發(fā)展至現(xiàn)在已經(jīng)達到開路電壓上萬V,短路電流幾mA,甚至到A的水平。其應用領(lǐng)域,也從最初的驅(qū)動便攜式電子設備、傳感器、收集轉(zhuǎn)換環(huán)境中的聲能、低頻震動機械能、潮汐能、風能等拓展到生物相容摩擦納米發(fā)電機的研究及可能的生物醫(yī)學應用,并顯示了廣闊的應用前景。
[0003]我國作為發(fā)展中的大國,化石能源(如煤、石油、天然氣)燃燒效率低下,一直是城市發(fā)展的詬病,隨著我國國力的增強,人民生活水平日漸提高,通用性汽車已經(jīng)走進了千家萬戶,但是隨之而來的霧霾對人們生命和生活質(zhì)量的影響越來越大。從一些大、中城市環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出,嚴重霧霾天氣的時間比率達到了 66.6%。這樣的天氣嚴重威脅著人們的身體健康,尤其是空氣中粒徑小于0.3 μπι的顆粒,一旦吸入肺中更有可能穿透血氧屏障,產(chǎn)生病變。同樣,對于常年在粉塵環(huán)境中工作的工人更是飽受“矽肺”的困擾。因此,基于身體健康的考慮,越來越多的人選擇了戴口罩。傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的口罩,其防塵的途徑主要依靠直接捕獲、慣性沉積、重力沉積和擴散沉積等機制,能夠過濾尺寸較大的粉塵顆粒,而對于粒徑在0.3-1.0 μπι尺寸的顆粒,其過濾效率不夠理想。所以,人類迫切需要探尋一種新型的過濾機制,并制備過濾性能優(yōu)良的防護口罩,滿足特種工業(yè)和民用的需求。
[0004]目前,對于靜電吸附過濾口罩的研究僅僅局限在防護層中加入單層駐極體材料,然而,由于駐極體本身的靜電吸附能力會隨溫度升高而衰減,且由于駐極體上的電量分布有限,當吸附的帶電粒子達到一定的電量,駐極體的吸附效果就大大下降,從而使口罩的除塵效果不夠理想。因此,結(jié)合當前摩擦電發(fā)電機的發(fā)展契機,對原口罩過濾材料-無紡布進行表面納米改性,并加入另一納米鋁改性銅網(wǎng)作為摩擦層極板,設計和開發(fā)一種以摩擦電納米發(fā)電機為過濾層的高效防塵過濾口罩,并提高其耐受性。這種新型口罩的設計思路和制備方法目前國內(nèi)外未見相關(guān)報道。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是針對目前防護口罩過濾效率低、使用壽命短的問題,提供一種以摩擦電納米發(fā)電機為過濾層的高效防護口罩,該防護口罩不僅顯著提升靜電過濾性能,而且對于靜電抑菌也有顯著效果。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0007]—種以摩擦電納米發(fā)電機為過濾層的高效防護口罩,由在防護口罩換氣罩內(nèi)設置摩擦電納米發(fā)電機組成,所述摩擦電納米發(fā)電機由上摩擦極板和下摩擦極板組成,上摩擦極板為在無紡布的一面生長了 ΖηΟ納米陣列作為得電子的摩擦層,無紡布的另一面涂覆納米Ag導電油墨作為輸出電極,無紡布的內(nèi)徑為2-4cm、外徑為10-14cm,厚度為l_4mm,涂覆納米Ag導電油墨的厚度為2-6 μπι ;下摩擦極板為在200目的銅網(wǎng)的一面磁控派射金屬Α1作為失電子的摩擦層,銅網(wǎng)的另一面作為輸出電極,銅網(wǎng)目數(shù)多200目,尺寸為內(nèi)徑2-4cm、外徑10-14cm,磁控濺射金屬A1層的厚度為40-80 μm,摩擦電納米發(fā)電機的下摩擦極板與防護口罩換氣罩的底部換氣板固定。
[0008]一種所述以摩擦電納米發(fā)電機為過濾層的高效防護口罩的制備方法,步驟如下:
[0009](一)上摩擦極板的制備
[0010]1)將市售厚度為l_4mm的無紡布裁剪成內(nèi)徑2_4cm、外徑10_14cm的圓環(huán)形狀,放入去離子水中完全浸透并超聲清洗20-40min,每次清洗前都要更換去離子水,將無紡布反復清洗2-4次后,再用質(zhì)量百分比濃度彡99.75%的酒精超聲處理30-50min,然后在100-120°C,彡IPa氣壓的真空干燥箱中干燥2-4h,得到清洗好的無紡布;
[0011]2)將醋酸鋅粉末加入無水乙醇中得到混合溶液,置于90-100°C恒溫水浴中保溫30-60min,然后向混合溶液中加入L1H.H20,超聲震蕩l_3h使氫氧化鋰完全溶解,抽濾后向混合溶液中再加入無水乙醇將該溶液稀釋至原來混合溶液體積的3-5倍,然后攪拌加熱到沸騰狀態(tài)并持續(xù)l-10min,此時溶液中出現(xiàn)明顯混濁物,冷卻至室溫后置于冰箱中靜置彡24h,得到溶膠,所述醋酸鋅粉末、無水乙醇與L1H.H20的用量比為3-5g:100-300mL:l-3g ;
[0012]3)將步驟1)清洗好的無紡布在上述溶膠中進行提拉,以在無紡布表面形成均勻的晶種層,然后將提拉后的無紡布懸空放置在60-80°C的烘箱中干燥處理5-10min,重復上述過程三次,然后將無紡布在烘箱中干燥15-30min,得到涂覆有ΖηΟ晶種層的無紡布;
[0013]4)將Ζη(Ν03)2.6Η20和六次甲基四胺分別溶解在100_400mL的去離子水中,待Ζη(Ν03)2.6Η20和六次甲基四胺完全溶解后,將兩種溶液混合并超聲10_30min得到混合溶液,然后將經(jīng)步驟3)處理得到的的無紡布垂直浸入裝有混合溶液的開口容器中,用保鮮膜密封容器開口后,將上述裝有混合溶液的容器置于多95°C的恒溫水浴中3-5h,在懸掛于容器中的無紡布生長ZnO,生長完成后用去離子水正反面反復沖洗3-6次,然后置于真空干燥箱60-80°C下干燥12-24h,得到生長ΖηΟ納米陣列的無紡布,所述Ζη(Ν03)2.6Η20與去離子水的用量比為l_3g:100-400mL,六次甲基四胺與去離子水的用量比為l_4g:100-400mL ;
[0014]5)將銀導電油墨預熱至彡40°C,用毛刷均勻的涂覆到上述生長ΖηΟ后的無紡布的另一面,每次涂覆厚度為1-3 μ m,然后在溫度50-80 °C下真空干燥多12h,此涂覆-干燥過程重復4-6次,制得上摩擦極板;
[0015](二)下摩擦極板的制備
[0016]1)將銅網(wǎng)裁剪成與上摩擦極板大小一致后,放入去離子水中超聲震蕩清洗20-60min,更換去離子水重復清洗2_4次,然后用質(zhì)量百分比濃度彡99.75%的酒精超聲震蕩30-60min,并于< IPa氣壓的真空干燥箱中干燥2_4h ;
[0017]2)將上述得到的銅網(wǎng)利用磁控濺射金屬A1層,選用鋁靶的純度彡99.99%,磁控濺射的參數(shù)為濺射功率30-45w、濺射時間30-50min、工作電流0.089-1A、工作電壓320-400V、本底真空度彡4.0X10 4pa、工作真空度< 1.7pa、氬氣流量30_50cm3/s,得到濺射金屬A1層的銅網(wǎng)作為下摩擦極板,銅網(wǎng)下層與濺射靶緊密接觸,對另一表面起到良好的保護作用;
[0018](三)摩擦電納米發(fā)電機的組裝及植入口罩
[0019]將上摩擦極板的ΖηΟ納米陣列面與下摩擦極板的Α1涂層面相對置入換氣罩中,作為下摩擦極板的銅網(wǎng)固定于換氣罩的底部換氣板上,上摩擦極板置于下摩擦極板并可自由運動,制得以摩擦電納米發(fā)電機為過濾層的高效防護口罩。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0021]本發(fā)明將制造普通的口罩的原材料無紡布進行表面處理,在保持其物理吸附效率的同時,增加靜電吸附效果;此外,表面產(chǎn)生的電荷及摩擦極板間的高電壓還起到殺菌抑菌的作用;本發(fā)明制備的口罩在兼具上述優(yōu)點的同時,其透氣性不會改變,技術(shù)效果顯著。
【附圖說明】
[0022]圖1.為以摩擦電納米發(fā)電機為過濾層的高效防護口罩的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為摩擦電納米發(fā)電機過濾層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3為發(fā)電機過濾層植入口罩中仿真示意圖。
[0025]圖4為摩擦電納米發(fā)電機過濾層原理圖。
[0026]圖5為摩擦電納米發(fā)電機上下摩擦極板的表面處理效果圖,圖中:a、b為無紡布上生長ZnO ;c、b為在銅網(wǎng)上磁控濺射A1。
[0027]圖中:1.換氣罩,2.上摩擦極板,3.下摩擦極板,4.底部換氣板。
【具體實施方式】
[0028]以下所說明的具體實例旨在詳細解讀本發(fā)明的客觀用途和為了使讀者有直觀的理解。此外應理解,在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改,這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0029]實施例:
[0030]一種以摩擦電納米發(fā)電機為過濾層的高效防護口罩,如圖1-3所示,由在市售防護口罩換氣罩1內(nèi)設置摩擦電納米發(fā)電機組成,所述摩擦電納米發(fā)電機由上摩擦極板2和下摩擦極板3組成,上摩擦極板2為在無紡布的一面生長了 ZnO納米陣列作為得電子的摩擦層,無紡布的另一面涂覆納米Ag導電油墨作為輸出電極,無紡布的內(nèi)徑為3cm、外徑為11cm,厚度為2mm,涂覆納米Ag導電油墨的厚度為5 μπι ;下摩擦極板3為在200目的銅網(wǎng)的一面磁控濺射金屬Α1作為失電子的摩擦層,銅網(wǎng)的另一面作為輸出電極,銅網(wǎng)目數(shù)為200目,尺寸為內(nèi)徑3cm、外徑11cm,磁控派射金屬Α1層的厚度為50 μ m,摩擦電納米發(fā)電機的下摩擦極板3與防護口罩換氣罩1的底部換氣板4固定。
[0031]上述以摩擦電納米發(fā)電機為過濾層的高效防護口罩的制備方法,步驟如下:
[0032](一)上摩擦極板的制備
[0033]1)將市售厚度為3mm的無紡布裁剪成內(nèi)徑3cm、外徑13cm的圓環(huán)形狀,放入去離子水中完全浸透并超聲清洗40min,