《電子技術(shù)應用》
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負離子與臭氧的今天明天

2021-12-18
來源:21ic

對于臭氧對滅活新冠病毒的有效發(fā)生原理,在之前的《臭氧能滅活新冠病毒?這并非無稽之談》文章中進行了詳細的解釋,這次我引入一位“新朋友”——負離子。論及負離子和臭氧的關(guān)系,對于大多數(shù)工程專業(yè)的從業(yè)人員來說,過于淺層了。但鑒于市場上過多關(guān)于負離子的“神學傳說”和“萬能應用”,我還是計劃從發(fā)生器的角度去做下科學的“掃盲”。然后我會分享下我對于負離子和臭氧在未來應用層面的差異和趨勢。

負離子沒有“神話”,很質(zhì)樸

其實負離子的本質(zhì),是非常容易去理解的,就是中性氣體分子受到能量作用,被電離,帶上負電。也正是基于對電離的能量需求,所以負離子的生成一般分為天然生成和人工生成兩類,能量的表現(xiàn)形態(tài)可以是放射性元素釋放的射線,也可以是熱電子發(fā)射,甚至宇宙射線、紫外線或者光合作用等。所以負離子從原理上來說,是一種非常質(zhì)樸的帶電離子。

這種質(zhì)樸感,同樣表現(xiàn)在應用層面。現(xiàn)在耳熟能詳?shù)膽妹妫T如:空氣除塵凈化、肌膚保濕等,其實都源自于負離子的帶電屬性。

在居家環(huán)境中,負離子捕捉空氣中的灰塵和煙霧,形成帶電塵埃和煙霧。而由于這些氣體微顆粒帶負電,所以易附著到墻壁和地板上,這樣就可以迅速減少空氣中的塵埃和煙霧,起到除塵空氣凈化的作用。而負離子作用于水分子,也是同樣道理,帶上負電的水分子,極易和日常肌膚(帶正電)吸引,這樣就可以把水和濕度鎖在肌膚表面,就是所謂的“保濕”。

同時,其帶負電荷在結(jié)構(gòu)上與超氧化物自由基相似,其氧化還原作用強,能夠破壞細菌病毒電荷的屏障及細菌細胞活性酶的活性,這就讓負離子具備了抗病毒、抗過敏、除甲醛等作用。

而從另一方面去說,負離子應用上的短板也由于其特性,變得較為明顯。如沉降作用后,如果遇到空氣流通,這些沉降物質(zhì)依然會被吹起,繼續(xù)蔓延在空氣中,并不是完全被去除;并且,負離子濃度并非越高越好,當濃度超過10?個/cm3時,負離子對機體會產(chǎn)生一定的毒副作用,所以也無法毫無顧忌的去使用負離子充斥進呼吸環(huán)境中。

至此,我們可以對負離子和上一篇說的臭氧,有一個相對比較明晰的梳理了。

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民生的負離子和產(chǎn)業(yè)的臭氧

從梳理出的區(qū)隔去看,我們并不難發(fā)現(xiàn):負離子的應用領(lǐng)域相對臭氧來說,會更民生化;而臭氧,則更產(chǎn)業(yè)化。造成這種區(qū)別的原因也是和他們的不同特性息息相關(guān)。

負離子的沉降作用主要是物理反應,而氧化還原性相對于臭氧沒有那么強,對于濃度上限處在一個可控的領(lǐng)域。臭氧則不然,臭氧的作用空間是有一定要求的。并且,臭氧的強氧化性,是一把雙刃劍。拿臭氧滅活新冠病毒的實驗去舉例:當臭氧濃度在0.1ppm的實驗室條件下,120分鐘后達到99.9%以上滅活效果;而在臭氧濃度6ppm實驗室條件下,40分鐘后就可以達到同等滅活效果。但如此高濃度的臭氧環(huán)境下,人會劇烈咳嗽、影響中樞神經(jīng),且也只可以待5-20分鐘不等的時間(根據(jù)個人體質(zhì)差異)。同時,臭氧在常溫常壓下具有15-30分鐘的半衰期。所以我們不妨假設(shè),如果寄希望于臭氧要在日常生活中充分體現(xiàn)其價值,我們得控制空氣流通,保持相對穩(wěn)定的空氣環(huán)境下,我們既需要保證臭氧的生成速率以達到空間內(nèi)的高濃度,同時又要對氧化效果進行控制。一番權(quán)衡下來,我們不得不得承認一點,臭氧的應用伴隨功能的有效化,一般多建議于無人且密閉環(huán)境下應用。這就造成了應用范圍的明顯適配性。

總結(jié):

負離子:開放、穩(wěn)定、可控的民生場景

臭氧:密閉、無人、高效的產(chǎn)業(yè)場景

負離子和臭氧的明天去往何方?

從這兩種偏向再往后去分析,這也基本上可以確定負離子發(fā)生器和臭氧發(fā)生器的未來領(lǐng)域和發(fā)展趨勢。

從目前的制造趨勢去看,負離子發(fā)生器被越發(fā)高頻地適用于生活場景下,而伴隨生活接入點的增多,對于消耗品性質(zhì)的發(fā)生器來說,如何提高單位時間內(nèi)離子制造量的同時,有效延長發(fā)生器的有效距離是關(guān)鍵。

在比較了市場上較為有代表性的發(fā)生器制造商的數(shù)據(jù)和國際品牌,我們不難看出,當作用距離達到30cm的時候,只有日本制造業(yè)巨頭村田一家的發(fā)生器可以維持在一個高線上,其余類似國內(nèi)的T和F (國內(nèi)廠家,企業(yè)名字均作了隱藏),其衰減率都超過了85%。哪怕只針對空氣凈化器這樣的常規(guī)應用,這樣的有效距離都是非常捉襟見肘的。跳開國內(nèi)制造企業(yè)的不足,光從村田的負離子發(fā)生器產(chǎn)品優(yōu)勢去理解,長有效距離、再加上長有效壽命,意味著負離子發(fā)生器的落地終端很有可能會轉(zhuǎn)變當下密集型的機器覆蓋型投入方式,越發(fā)趨向于少量布點,但覆蓋超大空間和常態(tài)化的使用場景下去應用,如密集型人員聚會場所或公共交通站點等,潛力和可能巨大。

臭氧的情況則又不同,強氧化性的臭氧發(fā)生器,其產(chǎn)品壽命是一個重大課題。

我們不妨可以先觀察下圖發(fā)生的情況:

我們知道,發(fā)生器本質(zhì)是一種消耗品,在使用過程中,伴隨使用時間的延長,對于接口的腐蝕性影響是不得不考慮的問題,且腐蝕強度也和制造濃度相關(guān)。業(yè)內(nèi)人士作了一個實驗:

拿了國內(nèi)品牌T的一款臭氧發(fā)生器做的實驗,結(jié)果在100小時的工作時間之后,其產(chǎn)生的臭氧密度在空間內(nèi)降到了原數(shù)值的2%,衰減率高達98%。而據(jù)資料顯示,國際上,對于常規(guī)臭氧發(fā)生器的平均使用壽命需求是1000 Hrs。村田在對外的產(chǎn)品推介上,也展示了其發(fā)生器100小時后的臭氧密度依然可以維持在97.6%左右的均線上下。

(MHM501 Type)

對于使用者來說,臭氧發(fā)生器落地于終端儀器后,對于不足100Hrs的使用壽命,勢必是不會買賬的。這個問題和矛盾想必也一定會轉(zhuǎn)移到制造商和研發(fā)商頭上。在國外廠商考慮應用場景邊界問題如何拓寬的時候,國內(nèi)制造廠商還出于一個相對落后的技術(shù)追趕階段,這是目前國內(nèi)制造業(yè)所無法規(guī)避的問題。

我們從宏觀上去看國內(nèi)未來的機會點,其實對于臭氧發(fā)生器,包括負離子發(fā)生器的未來需求是巨大的。從這幾年智能制造的實踐來看,做AI、做物聯(lián)網(wǎng)、做自動化、做云計算、做IT等各路江湖,在制造界產(chǎn)生了跨越式的交集和兼容。

制造業(yè)被數(shù)字化,變成智造業(yè),其核心等同于生產(chǎn)要素顆粒化,在科技引領(lǐng)的智能制造沖擊下,勢必會綻放出新的能量形態(tài)。對于終端企業(yè)來說,這需要企業(yè)比以前更加深入地打開邊界,重新思考制造的形態(tài)。而對于芯片商、元件商來說,以技術(shù)的無邊界延展為目標,賦能未來的諸多可能性,才是保持企業(yè)強大的根本所在。




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