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负离子产生技术

　　摘　要：本文介绍了什么是负离子，以及负离子的发生及工作原理，介绍了负离子的作用和发生机理。负离子对人体健康及我们的生存环境很重要，所以将被广泛地应用在各个技术领域中。
　　关键词：负离子　负离子发生器　原理
　　负离子，又称“活性氧”或“空气维生素”，它如同阳光、空气一样是人类健康生活不可缺少的一种物质。科学研究表明：负离子在空气中的含量是决定空气质量好坏的一个重要因素，空气中含有适量的负离子不仅能高效地除尘、灭菌、净化空气，同时还能够激活空气中的氧分子而形成携氧负离子，活跃空气分子，改善人体肺部功能促进新陈代谢，增强抗病能力，调节中枢神经系统，使人精神焕发、充满活力等等。
　　在“负离子”概念出现后，先知先觉的商家便将焦点放在“人工制造”的可能性。人一进公园，就会觉得心旷神怡，除了视野开阔外，一个很重要的原因是这里空气清新，有丰富的负氧离子。
　　根据自然现象的启示，人们开始用人工的方法产生负离子，释放到周围的空气中，净化空气，改善人们的生活环境。这种用人工产生空气负离子的设备就称为空气负离子发生器或负离子发生器。
　　一、负离子发生器的构成
　　负离子发生器一般由本体、电晕线发射端、接地端、电源输入端构成。
　　本体：是由塑料材料作为外壳，采用阻燃环氧树脂封装而成的高压绝缘体。本体外壳通常采用PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酷)或PEI(聚乙醚)注塑成型，材料必须耐高温超过200℃，阻燃绝缘。
　　电晕线发射端：通常采用金属针或碳纤维。
　　接地端：采用铜片与地相连。
　　电源输入端：电源供电导线。

　　 　　图1、负离子发生器组成
　　如图1所示，交流电压经过降压、整流、滤波，成为直流电，再经振荡器、放大电路、开关管，经高压磁包去控制放电极针产生负离子。高压磁包即高频变压器，高压包内有高压硅堆对其逆变电压进行整流，因此其输出的是经过整流的直流电。凡是逆变的电流都属交流的一种，变压器的储能和释放能量时的电流方向是相反的。电流方向固定不变化的电流才叫直流电。逆变有单端、桥式几种，有单端正激式、单端反激式、半桥式、全桥式等多种。
　　二、负离子发生器的电路
　　具体电路图如图2所示。
　　三、负离子发生器的封装
　　高压磁包由于产生高压、高温，极易产生电火花，容易击穿周围电子元件，因此这里采用Tenon(铁氟龙)封装高压磁包。高压磁包外部被含有阻燃耐热性树脂的环氧树脂或者含有皿鳌(氨基甲酸乙酷)树脂的塑胶粉灌浇处理。PCB焊接(Soldering)面被塑胶粉覆盖的同时也能填充绝缘空隙部分;空隙部分被阻燃环氧树脂封填，避免了电路元件间的相互干扰，能够提高电路元件的使用寿命。

　　图2、负离子发生器的电路图
　　四、负离子发生器工作原理
　　负离子发生器工作原理来源于电晕放电。电晕放电是气体自持放电的一种形式，它不需要外加电离源来引发和维持放电。为了保持稳定的电晕放电，必须形成一个非均匀电场。随着施加在电极间的电压的增加，导线附近的空间电场强度也将增大。通常在自由空间中，由于宇宙辐射，每立方厘米空气中大约有1000个自由电子存在，这些自由电子在电场的作用下，会受到加速，撞击气体原子或分子。自由电子的加速度会随着电场强度的增加而增大，自由电子在撞击气体原子或分子前积累的能量也随之增大。当电场强度达到气体放电的临界值时，自由电子在撞击前积累的能量将足以从气体原子或分子撞击出一个电子。此时在导线附近一个小范围内的空气就开始电离，出现了气体的非自持放电。继续升高电压，气体的电离将加剧，形成大量电子崩，产生大量的电子和正负离子，并伴随着发出淡蓝色的辉光和咝咝声，放电也就由非自持放电转变为自持放电。这种特定形式的气体放电就称为电晕放电。
　　电场的不均匀性把主要的电离过程局限于局部电场强度很高的电极附近，特别是发生在曲率半径很小的电极附近或大或小的薄层中，气体的发光也只发生在这个区域里，这个区域称为电离区域，或称之为电晕层或起晕层。在区域之外，由于电场弱，不发生或很少发生电离，电流的传导依靠正离子、负离子或电子的迁移运动，因此电离区域之外的区域被称为迁移区域或外围区域。若两电极中仅有一个电极起晕，则放电的迁移区域中基本上只有一种符号的带电粒子，在此情况下，电流是单极性的。本实验中的负离子发生器形成不均匀电场的两个电极分别是加负高压的电晕线极和接地电极，发生的是负电晕放电，其形成的就是负极性的电晕电流。
　　电晕放电产生后，若再进一步增大两电极间的电压，电晕区将逐渐扩大，亮度及咝咝声也越来越大。当电压升高到某一值时，在某些放电点上可以出现向外辐射的刷状细火花，它的范围要比正常的电晕区大得多，咝咝声中还伴随着拆裂声。这种放电形式称为刷状放电。电压继续升高，刷状火花越来越长，最后将在正负两极间构成通道，产生气体的击穿，两极间的电压将随之急剧下降。根据电源容量的大小，击穿可以表现为弧光放电的形式也可以表现为火花放电的形式。
　　当电源容量足够大时，气体击穿后会有很大的放电电流流过，在电极间形成电弧，称为弧光放电;如果电源容量较小，则气体击穿以后，放电电流会受到限制，使之不足以形成电弧，这时的放电就会停留在火花放电阶段。火花放电是一束明亮曲折、常常又是分叉的细丝，这些细丝很快地穿过放电间隙，又很快地熄灭，熄灭后随即再度产生。火花放电的电流比弧光放电要小得多。
　　为了使发生器能正常工作，必须在电极间加以一定的电压，使之形成电晕放电。形成电晕放电的最低电压称为起晕电压。此时由于空气被电离而出现大量离子，在电压的作用下就会有一定的电晕电流流过，电晕电流将随着电压的升高而增大。当然由于空气中自由电子的存在，即使在所加电压远小于起晕电压时，电极间也会因自由电子的流动而形成电流，但这些自由电子的数目不大，所形成的电流和电晕电流相比是微不足道的。
　　当空气和其它特定环境中存在能发射负离子条件的地方，就会使大气(O2、N2、CO2、SO2、H2O)中的电子e释放出来，它与CO2、H2O反应如下:
　　H2O+e←→O2(H2O)m
　　CO2+e←→CO4(H2O)m
　　CO4+(H2O)+H2←→O2(H2O)m+CO2
　　五、应用
由于人们生活水平的提高及各种科学文献充分证明了负氧离子对人体的健康作用，从而提高了人们对负离子的正确认识，来自全球的众多家电、礼品台灯、保健品等行业的经销商、制造们纷纷将负离子功能加装到各种产品中去。目前应用负离子的产品主要有电风扇、空气清新机、空调器、中央空调器、空调扇、大厦扇、电暖器、电吹风、直发器、电夹板、电动梳、显示器、电脑机箱、台灯、节能灯、小夜灯、加湿机、干手机、电话机、DVD、音响等产品。
六、 高端负离子产生技术
1、 生态负离子生成芯片技术：生态负离子生成芯片是将压电陶瓷负离子发生器和离子变换器高度集成。压电陶瓷负离子发生器可以抑制和消除传统的负离子发生器产生正离子等不利影响，并极大减小了负离子发生器的体积和厚度。使用生态负离子生成芯片技术不仅能够产生大剂量、高纯度、小粒径、高活性的生态负离子，而且极大缩小了负离子产品的体积，更加节约空间且便于移动。
2、纳子富勒烯电极放电技术，是指利用纳子富勒烯作为放电电极，富勒烯是采用纳米技术制造的电触媒材料，是一种接近超导的材料，电阻几乎等于零。在电离子通过该材料时，会产生强大的共振效应，极利于电离子的游离析出，不像传统的离子释放材料（普通碳纤维或金属等）需要很强的电流才能输出较高浓度离子。它只需比较微弱的电流即可释放大剂量、高纯度的负氧离子，可在空间形成纯净的生态负氧离子浴环境。同时没有臭氧、氮氧化合物等衍生污染物产生。
3、具有负离子主动式净化和污染物收集功能的生态负离子技术：是指在使用负离子转换器技术或生态负离子生成芯片技术的负离子生成机的基础上，增加具有污染物收集功能的收集器，负离子释放到空间后，迅速和污染物结合，一部分凝聚成大颗粒而沉降，另一部分结合了负离子而带负电因正负相吸的原理，被吸附到污染物收集器上，由此极大地提高了负离子发生器的净化效率。