光負氧離子技術(shù)在室內(nèi)燈具的應(yīng)用

吳育林，梁 明，陳賢東，郭海浪，謝杰普

(廣東凱西歐光健康有限公司，廣東 佛山 528000)

引言

負氧離子指的是一種帶有電荷的氧離子，其概念以及對于環(huán)境與人體健康的影響正在逐步成為我國社會與公眾廣泛關(guān)注的問題。空氣中的負氧離子能夠使生物體內(nèi)的自由基無毒化與細胞活化，因此，當(dāng)空氣中的負氧離子達到一定濃度的時候，會對人類的生長發(fā)育有良好的促進作用。另外研究表明,負氧離子會對人體的心理狀態(tài)產(chǎn)生積極的影響。光除了提供光亮、刺激視覺形成外，還會對人的生理、心理等方面產(chǎn)生顯著影響。光的不同成分也對應(yīng)著不同的功能，經(jīng)過本公司提出的光譜功率分布配方技術(shù)，通過人體的光反應(yīng)機制，根據(jù)人造光源的成熟應(yīng)用技術(shù)，設(shè)計出更合適人體健康、人體生理和心理需求的全新光源，最大限度地滿足健康光環(huán)境。高度定制的光譜功率分布配方和負氧離子相結(jié)合，在凈化空氣環(huán)境、消菌殺毒的情況下，更能夠?qū)⒄彰髻|(zhì)量顯著提升，達到1+1>2的消菌殺毒和凈化空氣的效果。

1 負氧離子的作用與產(chǎn)生原理

負氧離子被發(fā)現(xiàn)后，被稱為“自然調(diào)理因子”。這種“自然調(diào)理因子”的濃度在大雨過后或者是在瀑布旁會大大增加。如圖1所示，不同濃度的負氧離子對人體的影響有顯著不同。淋浴后,空氣和水中的各種負氧離子的濃度也可能會逐漸增加[1-3]。然而,由于在城市空氣污染物中，且負氧離子自身存在的時間短(平均約為1 min),城市大氣中負氧離子的濃度分布遠低于城市新鮮空氣[4](根據(jù)國際衛(wèi)生組織的研究規(guī)定,空氣中的負氧離子濃度為1 000～1 500個/cm3,視為城市新鮮空氣)。

圖1 負氧離子含量對身體的影響Fig.1 The effect of negative oxygen ion content on the body

空氣環(huán)境中的氧分子在極度高壓或者較強的紫外線下對其進行離子電離時所可能產(chǎn)生的各種離子團和自由電子,多數(shù)都只能通過空氣利用其與氧氣反應(yīng)來進行獲得,因此,我們往往將存在于空氣環(huán)境中的各種負氧離子簡單地稱為“負氧離子”。自然界中放電(又稱閃電)的輻射現(xiàn)象、光電輻射效應(yīng)、噴泉、瀑布等都認為可以直接促進其與周圍的自然空氣相互作用電離,形成正反向的氧和負氧離子[5，6]。如圖2所示，在一些景區(qū)，會顯示實時的負氧離子監(jiān)測數(shù)據(jù)，而目前人工技術(shù)制備活性負氧離子的途徑主要有:紫外線照射、負氧離子輻射刺激、熱能等電子氣體發(fā)射、電暈離子放電等。

圖2 某景區(qū)的負氧離子實時數(shù)據(jù)監(jiān)控Fig.2 Real-time data monitoring of negative oxygen ions in a scenic spot

2 負氧離子的效應(yīng)

2.1 負氧離子的醫(yī)療保健效應(yīng)

負氧離子具有抗氧化性。負氧離子與正電位之間帶有負電位,這也就意味著我們可以通過使用額外的負電子來修復(fù)或者補充衰老細胞。當(dāng)電子信息添加到自由基之后,自由基被還原以消滅這些自由基,負氧離子本身就會發(fā)展并將其轉(zhuǎn)化成氧氣的分子。Sirota等[7]通過研究觀察了人體血液中的抗氧化酶和超氧化物歧化酶對于負氧離子的反應(yīng)靈敏度,發(fā)現(xiàn)這些負氧離子在人體內(nèi)部可直接地作用于呼吸系統(tǒng)和人體各個呼吸器官粘膜及其血液,從而大大增加了人體血液中活性氧的含量。當(dāng)空氣中含有負氧化合物和陽離子的濃度達到700個/cm3以上時,人體就可以感覺到舒適。當(dāng)人體中的負氧離子在1 000個/cm3左右時,具有研究中國對保健因子在身體中的影響作用;當(dāng)大于8 000個/cm3時，可發(fā)展并在相關(guān)疾病的治療中發(fā)揮積極作用。負氧離子還能夠增強人體皮層的機械功能并促進大腦的活動,改善人們的睡眠質(zhì)量[8]。此外，《量子醫(yī)學(xué)》中認為,腫瘤的發(fā)生與細胞內(nèi)電子的喪失所引起而造成的細胞核內(nèi)部的基因突變有關(guān)。負氧離子能夠向人類身體中提供許多負電子,從而提高機體中的免疫細胞活力,防止遺傳性基因的突變[9，10]。

2.2 負氧離子的環(huán)境效應(yīng)

1)凈化空氣。負氧離子在空氣中可以流動，達到凈化空氣的效果，其原理是空氣動力學(xué)和空氣靜電傳動工作學(xué)。如圖3所示，負氧離子擁有三種不同的凈化空氣途徑。負氧離子能夠直接有效吸收處于室內(nèi)空氣系統(tǒng)中的各種灰塵、煙霧、細菌、水滴等各種有害物質(zhì),達到凈化空氣的目的。

圖3 負氧離子的凈化原理Fig.3 Purification principle of negative oxygen ion

2)消除室內(nèi)異味和各種有害氣體。負氧離子可與空氣中揮發(fā)性的有機化合物進行反應(yīng)，能夠顯著降低環(huán)境空氣中微生物,中和氣味及特定揮發(fā)性有機物。它的工作原理不是一種負氧離子本身,而是能夠在空氣中產(chǎn)生具有很強抗氧化性的羥基自由基。其中,OH是一種羥基自由基,具有很強的抗氧化活性，羥基自由基在氮氧化物中具有很強的吸附及分解功能。負氧離子也可以對氮氧化物起到很好的凈化效果。氮氧化物(NOx)通常被稱為一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)的共同混合物，它們是房間中的主要污染物。

3 光負氧離子的定義與應(yīng)用

隨著人類一代代進化和選擇，人體的各項機能和器官已經(jīng)適應(yīng)了不同時間段明暗和光色的變化，人為地改變照明狀況可能影響人的身體健康和機能運轉(zhuǎn)，因此太陽光是自然界最健康的光。

3.1 定義

本文基于太陽光與負氧離子相結(jié)合的構(gòu)想提出了光負氧離子技術(shù)(The Light Negative Oxygen Ions，簡稱LNOI)，有時也稱之為光負離子技術(shù)。它是一種新型的將健康照明與綠色空氣治理技術(shù)融為一體的集成技術(shù)：既輸出模擬太陽光光譜(包含可見光光譜、紅外光譜和紫外光譜)又輸出模擬自然森林里面的負氧離子，同時還利用自身產(chǎn)生的特定波長光譜降解負氧離子發(fā)射器伴生的臭氧離子，此外在工作時滿足電磁輻射和電磁干擾相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求。因此，光負氧離子是一種可提供健康照明和稱之為空氣維生素的負氧離子的新型綠色照明和空氣治理的集成技術(shù)。它無臭氧伴生、無電磁輻射和電磁干擾，既可以預(yù)防近視和緩解抑郁癥，又能消殺病毒細菌、凈化空氣，還能去除異味、分解甲醛等有害物質(zhì)。

LNOI技術(shù)依據(jù)積累的自然界光譜及負離子的數(shù)據(jù)，通過研究各類光譜數(shù)據(jù)、臭氧及負氧離子的反應(yīng)機制，根據(jù)人造光源和負氧離子發(fā)生器的成熟應(yīng)用技術(shù)，設(shè)計出更合適人體健康、人體生理和心理需求的光負氧離子產(chǎn)品，最大限度地滿足健康光環(huán)境和空氣環(huán)境。

基于光負氧離子技術(shù)，本公司發(fā)明了一種實用新型空氣消毒凈化燈，如圖4所示，相比傳統(tǒng)燈具，其具有以下優(yōu)勢:設(shè)有功能面板，通過在功能面板上設(shè)置空心柱并開設(shè)孔，在孔洞、空心柱內(nèi)設(shè)置負氧離子釋放裝置，不僅可以使負氧離子釋放裝置釋放的負氧離子直接擴散到空氣中，提高空氣凈化效率，空心柱還可以封閉負氧離子釋放器，以避免負氧離子釋放器釋放負氧離子時產(chǎn)生的高電壓或電火花對燈殼內(nèi)的電子裝置 (如照明源)造成損壞。同時,本研究也涉及到空氣處理技術(shù)的各個領(lǐng)域,尤其涉及一種新型的空氣殺菌滅毒系統(tǒng)和一種新型的空氣殺菌滅毒方法,包括:殼體、面環(huán)，套設(shè)于殼體的下端;空氣殺菌消毒裝置包括紫外線光源和負氧離子模塊，紫外線光源和負氧離子模塊的負氧離子釋放裝置設(shè)置在所述面環(huán)上;紫外線光源可發(fā)出250～300 nm波長范圍內(nèi)的紫外光，用于通過作用于負氧離子釋放器運行過程中產(chǎn)生的臭氧來還原成氧氣。

圖4 光負離子燈具的基本構(gòu)造Fig.4 Basic structure of photonegative ion lamps

3.2 光負氧離子技術(shù)在燈具上的應(yīng)用

近些年出現(xiàn)了帶有負氧離子發(fā)生器的燈具，這種燈具通常在其內(nèi)部安裝有一個負氧離子發(fā)生器,但是負氧離子發(fā)生器會在燈具內(nèi)部產(chǎn)生較高的電壓和火花,容易損壞燈殼內(nèi)部的電子器件，從而影響燈具的使用壽命[11，12]。

如表1、表2所示，我們設(shè)計的燈具為了驗證不同負氧離子在水平和垂直方向上的濃度，制作了水平和垂直兩組數(shù)據(jù)。

表1 橫向和縱向不同距離負氧離子的濃度數(shù)據(jù)Table 1 Data on the concentration of negative oxygen ions at different distances in transverse and longitudinal directions

表2 測試燈具不同方向上的負氧離子濃度Table 2 Test the concentration of negative oxygen ions in different directions of the lamp

如圖5所示，本燈具在豎直向下方向有顯著的消菌殺毒作用且能形成一個獨立封閉的無菌空間，為以后大規(guī)模的運用做下鋪墊。

圖5 光負離子燈具的陣列使用效果圖Fig.5 Renderings of the array of light-negative ion lamps

4 光負氧離子產(chǎn)品的效果檢測

基于光負離子技術(shù)所發(fā)明的新型LED設(shè)備在消毒殺菌效果以及負氧離子濃度測試中皆取得了顯著的成就。在視力保護方面，我們與中山大學(xué)中山眼科中心及佛山市第二人民醫(yī)院開展項目研究，項目已獲2019年度廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金立項支持，在高品質(zhì)LED光源的基礎(chǔ)上，加入R9紅色光譜及IR紅外線光譜技術(shù)，同時減少藍色光譜輸出，保護視力，以降低人群發(fā)生近視機率。在空氣凈化方面，我們利用燈具內(nèi)的負氧離子發(fā)生裝置產(chǎn)生大量負氧離子模擬森林環(huán)境，釋放負離子，吸附空氣中的懸浮細菌及雜質(zhì)下沉落地，達到所需空間凈化空氣功能。經(jīng)廣東省科學(xué)院微生物研究所檢測，2 h內(nèi)甲醛去除率43%、氨氣去除率47.1%、硫化氫祛除率45.7%。在殺毒消菌方面，本公司在產(chǎn)品內(nèi)加入UVC紫外線光譜技術(shù)模塊，模擬自然太陽光的光譜成分，能達到殺菌消毒的作用，且對人體無傷害。經(jīng)廣東省科學(xué)院微生物研究所檢測，2 h內(nèi)對取樣的白色葡萄球菌殺滅率為99.33%；2 h內(nèi)對取樣的甲型流感病毒H1N1殺滅率為99.97%；2 h內(nèi)甲醛去除率43%、氨氣去除率47.1%、硫化氫祛除率45.7%，圖6是部分檢測結(jié)果截圖。

圖6 部分檢測結(jié)果截圖Fig.6 Screenshot of some test results

5 總結(jié)

我國的“十三五”規(guī)劃將第三代半導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體照明納入其中，提出要發(fā)展綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)。光健康的概念逐漸被越來越多的人接受。健康照明領(lǐng)域?qū)⒃贚ED市場占據(jù)主導(dǎo)地位。同時盡管目前具有光負氧離子技術(shù)的燈具的研究和應(yīng)用技術(shù)還處于初級階段,但它仍將給我國照明產(chǎn)品和企業(yè)帶來創(chuàng)新和突破。我們將結(jié)合光譜配方技術(shù)研究開發(fā)出一系列能夠帶有健康光源的護眼臺燈、教室燈具、醫(yī)療燈等新型產(chǎn)品,達到健康與照明的結(jié)合，更好地把基于光負氧離子技術(shù)的健康照明理念推廣。