專利名稱：光催化增強(qiáng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于光催化領(lǐng)域，特別涉及一種采用納米級催化劑的光催化增強(qiáng)裝置。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的發(fā)達(dá)，環(huán)境污染的日漸嚴(yán)重，人們對于健康的要求也與日俱增，除積極從事低污染的制程和產(chǎn)品研究外，還有對污染物分解處理投入相當(dāng)大的資源，一些日常使用的計(jì)算機(jī)、手機(jī)、電視等電子產(chǎn)品朝著環(huán)保型方向發(fā)展。目前，光催化劑在環(huán)境凈化的能力逐漸受到人們極大矚目。原本用作白色顏料中俗稱鈦白粉的二氧化鈦，即可用作光催化材料，其在紫外光照射下，可進(jìn)行光分解反應(yīng)，分解空氣中污染物，包括揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)、氮氧化物和硫化物等，達(dá)到凈化空氣的效果。另外，二氧化鈦還具有抗菌、防污、脫臭、抗癌、防塵和自潔等功能。
現(xiàn)有技術(shù)揭示一種環(huán)保型光催化劑內(nèi)墻涂料，其采用無機(jī)、有機(jī)復(fù)合乳液作為成膜物質(zhì)，而光催化劑劑以功能填料形式分散于其中，再輔以助劑和其它功能型添加劑，制成一種常溫固化的水性環(huán)保涂料。該涂料具有以下各原料組分和重量百分配比硅丙乳液和聚丙烯酸酯乳液中一種或兩種的混合液為10～35％、硅溶膠為5～15％、納米級銳鈦礦相或銳鈦礦相與金紅石相的混合相二氧化鈦顆粒，或經(jīng)表面處理的二氧化鈦復(fù)合顆粒即光催化劑為2～15％、顏料與填料及其它添加劑為10～20％，水溶劑為余量。該涂料用來降解周圍空氣中污染物質(zhì)，凈化室內(nèi)空氣，且具有抗菌、自凈、消霧等功能。惟其采用聚合物涂料形式，在高于室溫的溫度環(huán)境下易于變形或變質(zhì)，不適用于發(fā)熱量較高或經(jīng)常暴露在陽光下的產(chǎn)品，如照相機(jī)、計(jì)算機(jī)機(jī)箱等產(chǎn)品。
鑒于二氧化鈦對紫外光的高吸收率，一般含有二氧化鈦的光催化裝置采用一紫外燈直接照射光催化劑，如現(xiàn)有技術(shù)揭示一種消毒裝置，用于空氣消毒的中央空調(diào)納米光催化劑消毒裝置。其包括至少一層納米網(wǎng)膜和至少位于納米網(wǎng)膜一側(cè)的紫外線燈，所述納米網(wǎng)膜和紫外線燈通過框架安裝在空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)。該裝置采用紫外線燈發(fā)出紫外光線，照射納米材料，使其具有一定氧化-還原性，以將空氣中甲酸、苯等污染物質(zhì)分解成無害物質(zhì)，同時(shí)對微生物具有破壞作用，達(dá)到消除空氣污染和殺菌消毒的目的。該消毒裝置需要配備紫外線燈，給當(dāng)前趨向輕薄簡便的產(chǎn)品帶來不便，而且采用此種方法時(shí)紫外光線的利用率較低。
有鑒于此，提供一種能匯聚及過濾光線，以充分利用光源，提高催化效能的光催化增強(qiáng)裝置實(shí)有必要。

發(fā)明內(nèi)容以下，將以若干實(shí)施例說明一種匯聚及過濾光線，以充分利用光源，提高光催化效能的光催化增強(qiáng)裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)容，提供一種光催化增強(qiáng)裝置，其包括一基底，具有第一表面和與其相對的第二表面；一光催化劑層，形成在基底第一表面；以及一采光裝置，形成在所述基底第二表面，其包括形成在基底第二表面的至少一濾光片，用于選擇性透過預(yù)定波長范圍的光線，所述濾光片表面形成有具聚光作用的多個(gè)透鏡。
其中，所述多個(gè)透鏡采用自由移動的聚焦透鏡陣列或微透鏡陣列。
所述催化劑層包括第一催化劑和/或第二催化劑，其厚度范圍為20納米～1000納米。
所述第一催化劑選自納米銀、納米金、納米鉑或其任意組合，顆粒大小范圍為1納米～1000納米。
所述第二催化劑選自納米二氧化鈦、納米氧化鋅、納米氧化鐵、納米氧化鎳、納米氧化鈷或其任意組合，顆粒大小范圍為5納米～1000納米。
所述多層濾光片采用順序疊加的高折射率材料膜層H和低折射率材料膜層L，所述疊加順序采用0.5H/L/0.5H/(0.5H/L/0.5H)n0.5H/L/0.5H的順序結(jié)構(gòu)，n取值范圍為8～20，所述高折射率材料膜層H和低折射率材料膜層L分別采用λ/4的高折射率材料膜層和λ/4的低折射率材料膜層。
所述預(yù)定波長λ范圍為λ≤410±10或λ≥650±10nm。
與現(xiàn)有技術(shù)的光催化增強(qiáng)裝置相比，本技術(shù)方案提供的光催化增強(qiáng)裝置利用一采光裝置，對光線具有聚焦及過濾的作用，既使在微弱的光線下也能匯聚較強(qiáng)的光線作用于催化劑，以充分利用光源；并能過濾催化劑難以吸收的可見光，而讓催化劑易于吸收的紫外光和紅外光線透過，從而極大提高催化效能，增強(qiáng)催化劑的殺菌、除臭、防毒、防傳染病、防感冒等功能。

圖1是本技術(shù)方案第一實(shí)施例的光催化增強(qiáng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本技術(shù)方案第二實(shí)施例的光催化增強(qiáng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本技術(shù)方案第一或第二實(shí)施例中的濾光片結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖3所示的濾光片的透射譜圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
請參閱圖1，為本技術(shù)方案的第一實(shí)施例光催化增強(qiáng)裝置10結(jié)構(gòu)示意圖。光催化增強(qiáng)裝置10包括一基底11，其具有第一表面111和與其相對的第二表面112；一形成在基底11第一表面111的催化劑層12；一形成在基底11第二表面112的采光裝置13。
其中，基底11可采用玻璃基底、石英基底或其它透明基底，如聚甲基丙烯酸甲酯或聚氯烯或透明玻璃陶瓷等。
催化劑層12可包括均勻混合的第一催化劑121和/或第二催化劑122，本實(shí)施例采用相互均勻混合的第一觸媒121與第二觸媒122所構(gòu)成的觸媒層12。催化劑層12厚度范圍為20納米～1000納米，優(yōu)選為50納米～500納米。第一催化劑121可選自納米銀、納米金、納米鉑或其任意組合，其顆粒大小范圍為1納米～1000納米，優(yōu)選為10納米～100納米。而第二催化劑122可選自納米二氧化鈦、納米氧化鋅、納米氧化鐵、納米氧化鎳、納米氧化鈷或其任意組合，顆粒大小范圍為5納米～1000納米，優(yōu)選為10納米～200納米。
采光裝置13包括排列形成在基底11第二表面112的多個(gè)濾光片14和形成在多個(gè)濾光片14表面的多個(gè)透鏡15，而且，每個(gè)濾光片14分別與一透鏡15形成一濾光單元(圖未標(biāo)示)，其可在基底11的第二表面112上任一方向自由移動，如圖中X、Y或Z任一方向，從而可靈活調(diào)節(jié)聚焦及濾光的作用位置，既可針對性地加強(qiáng)催化劑層12的催化效能，如對于遭受污染的區(qū)域進(jìn)行局部定位除污，也可通過連續(xù)不斷地用一馬達(dá)驅(qū)動各濾光單元移動，使催化劑層12得到均勻聚焦及濾光的作用效果，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)與外界接觸之表面進(jìn)行凈化。其中，濾光片14是由多層薄膜順序疊加而成，本實(shí)施例采用高折射率材料膜層H和低折射率材料膜層L順序疊加而成。該高折射率材料膜層H和低折射率材料膜層L分別采用λ/4的高折射率材料膜層和λ/4的低折射率材料膜層。
請參閱圖2，為本技術(shù)方案的第二實(shí)施例光催化增強(qiáng)裝置20結(jié)構(gòu)示意圖。光催化增強(qiáng)裝置20包括一基底21，其具有第一表面211和與其相對的第二表面212；一形成在基底21第一表面211的催化劑層22；一形成在基底21第二表面212的采光裝置23。其中基底21的結(jié)構(gòu)和材料均與第一實(shí)施例中的基底1112相同。催化劑層22同樣可包括均勻混合的第一催化劑221和/或第二催化劑222，本實(shí)施例采用均勻混合的第二觸媒222所構(gòu)成的觸媒層22，其結(jié)構(gòu)與觸媒層12的結(jié)構(gòu)相同。
采光裝置23包括形成在基底21第二表面212的濾光片24和形成在濾光片24表面的多個(gè)透鏡25。濾光片24是由多層膜組合而成，其結(jié)構(gòu)和材料與濾光片14相同，而面積較大，與第二表面212的面積相當(dāng)，可覆蓋第二表面212。該多個(gè)透鏡25可在濾光片24表面上任一方向自由移動，如圖中X、Y或Z任一方向，從而可靈活調(diào)節(jié)聚焦的作用位置，可針對性地加強(qiáng)催化劑層22局部催化效能，如對于遭受污染的區(qū)域進(jìn)行定位除污，也可通過連續(xù)不斷地驅(qū)動各個(gè)透鏡25，使催化劑層22得到均勻聚焦的作用效果，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)與外界接觸的表面凈化的目的。
關(guān)于納米光催化劑的凈化作用，姚仲鵬等人在《潔凈與空調(diào)技術(shù)》，2004(4)，14-18，“納米光催化劑技術(shù)應(yīng)用于治理空氣污染的研究”一文中指出，紫外光強(qiáng)度是影響光催化劑氧化速率主要因素之一，并且光催化劑氧化速率與紫外光強(qiáng)度呈線性關(guān)系，其隨著紫外光強(qiáng)度的升高而增加。因此，上述采光裝置同時(shí)兼具聚焦及濾光的作用，其先利用透鏡將外界微弱光線聚焦在催化劑層上，以提高光線照射強(qiáng)度，既能充分利用光線，又能提升第一催化劑與第二催化劑的催化效能。然后將聚焦后的光線進(jìn)行過濾，以濾去兩催化劑難以吸收的可見光波段，而讓兩催化劑易于吸收的紫外和紅外光透過，因而進(jìn)一步提高催化劑的催化效能。其中第二催化劑對波長低于400nm的光線(即紫外光線)具有很高吸收能力，如納米二氧化鈦涂層對波長低于380nm(能帶隙為3.2電子伏特)的光線具有極高吸收能力，而波長介于700～1100nm間的紅外光能被第一催化劑吸收。通過采光裝置，使催化劑層在強(qiáng)烈的紫外光或紅外光的照射下進(jìn)行催化劑反應(yīng)，從而提高第一催化劑與第二催化劑的殺菌、除臭、防毒、防傳染病、防感冒等功能。
請參閱圖3，是本第一或第二實(shí)施例中濾光片14、24的膜層結(jié)構(gòu)示意圖。第一或第二實(shí)施例中濾光片14、24的膜層結(jié)構(gòu)和材料相同，因而僅以濾光片14為例說明的。如圖所示，該濾光片14形成在基底11的第二表面112，是由順序疊加的高折射率材料膜層141(H)和低折射率材料膜層142(L)，其疊加的順序采用0.5H/L/0.5H/(0.5H/L/0.5H)n0.5H/L/0.5H的順序結(jié)構(gòu)，其中H代表λ/4的高折射率材料，采用折射率介于2.0～2.3間的材料，可選自五氧化三鈦、三氧化鈦、二氧化鈦或五氧化二鉭等材料；L代表λ/4的低折射率材料，采用折射率介于1.4～1.6間的材料，可選自二氧化硅、氧化鋁或氮化鋁等材料；而一組0.5H/L/0.5H為一個(gè)濾光腔單元，n表示該濾光腔單元的重復(fù)次數(shù)，其取值范圍為8～20，優(yōu)選為16，即優(yōu)選為18個(gè)濾光腔單元，高折射率材料膜層141和低折射率材料膜層142共疊加54層。
請參閱圖4，為兩實(shí)施例中濾光片14、24的透射譜圖。濾光片14、24通過采用上述多層薄膜結(jié)構(gòu)，可截止的波長范圍約為400nm～700nm，反的，可讓波長低于400nm的光線(即紫外光線)通過，以及波長介于700～1100間的紅外光通過。且紫外和紅外光透過率高于90％，優(yōu)選為95％。對于紅外波段，透過率為95％時(shí)的截止波長為680±20nm，紫外波段，透過率為95％時(shí)的截止波長為410±10。即，透過波長λ范圍為λ410±10或λ650±10nm。為獲得急陡的截止波段，在截止波段右端紅外光透過率為50％時(shí)的截止波長設(shè)于為650±10nm，如圖中B點(diǎn)所示。另，使可見光透過率低于10％。
由于本技術(shù)方案的光催化增強(qiáng)裝置利用一采光裝置，其對光線具有聚焦及過濾的作用，既使在微弱的光線下也匯聚較強(qiáng)的光線作用在催化劑表面，提高光源利用率；并能過濾催化劑難以吸收的可見光，而讓催化劑易于吸收的紫外光和紅外光線透過，從而極大提高催化效能，增加催化劑的殺菌、除臭、防毒、防傳染病、防感冒等功能。
權(quán)利要求
1.一種光催化增強(qiáng)裝置，其包括一基底，其具有第一表面和與其相對的第二表面；及一光催化劑層，形成在基底第一表面；其特征在于所述基底第二表面上形成有一采光裝置，其包括形成在基底第二表面的至少一濾光片，用于選擇性透過預(yù)定波長范圍的光線，所述至少一濾光片表面形成有具聚光作用的多個(gè)透鏡。
2.如權(quán)利要求1所述的光催化增強(qiáng)裝置，其中所述至少一濾光片采用濾光片陣列，且每個(gè)濾光片表面對應(yīng)形成有一透鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的光催化增強(qiáng)裝置，其中所述至少一濾光片采用一濾光片，其面積與光催化劑層的面積相當(dāng)。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的光催化增強(qiáng)裝置，其中所述多個(gè)透鏡采用自由移動的聚焦透鏡陣列或微透鏡陣列。
5.如權(quán)利要求4所述的光催化增強(qiáng)裝置，其中所述催化劑層包括第一催化劑和/或第二催化劑。
6.如權(quán)利要求5所述的光催化增強(qiáng)裝置，其中所述第一催化劑選自納米銀、納米金、納米鉑或其任意組合。
7.如權(quán)利要求6所述的光催化增強(qiáng)裝置，其中所述第一催化劑顆粒大小范圍為1納米～1000納米。
8.如權(quán)利要求5所述的光催化增強(qiáng)裝置，其中所述第二催化劑選自納米二氧化鈦、納米氧化鋅、納米氧化鐵、納米氧化鎳、納米氧化鈷或其任意組合。
9.如權(quán)利要求8所述的光催化增強(qiáng)裝置，其中所述第二催化劑顆粒大小范圍為5納米～1000納米。
10.如權(quán)利要求5所述的光催化增強(qiáng)裝置，其中所述催化劑層厚度范圍為20納米～1000納米。
11.如權(quán)利要求1所述的光催化增強(qiáng)裝置，其中所述濾光片采用順序疊加的λ/4的高折射率材料膜層H和λ/4的低折射率材料膜層L。
12.如權(quán)利要求11所述的光催化增強(qiáng)裝置，其中所述疊加順序采用0.5H/L/0.5H/(0.5H/L/0.5H)n0.5H/L/0.5H的順序結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求12所述的光催化增強(qiáng)裝置，其中所述疊加順序結(jié)構(gòu)中n取值范圍為8～20。
14.如權(quán)利要求1所述的光催化增強(qiáng)裝置，其中所述預(yù)定波長λ范圍為λ≤410±10或λ≥650±10nm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光催化增強(qiáng)裝置，其包括一基底；一光催化劑層，形成在基底一表面；以及一采光裝置，包括排列形成在基底另一表面的多個(gè)濾光片和形成在濾光片表面且可自由移動的多個(gè)透鏡。本發(fā)明所提供的光催化增強(qiáng)裝置中的采光裝置對光線具有聚焦和過濾的作用，能匯聚較強(qiáng)的光線作用于催化劑上，以充分利用光源；并能過濾催化劑難以吸收的可見光，而讓催化劑易于吸收的紫外光和紅外光線透過，從而極大提高催化效能。
文檔編號B01J19/12GK1840225SQ20051003394
公開日2006年10月4日 申請日期2005年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者陳杰良 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司