一种电化学口罩
技术领域
本发明涉及一种口罩，尤其涉及一种特种功能口罩，具体是指一种电化学口罩。
背景技术
目前市面上的口罩多采用物理防护，口罩中起到主要吸附作用的静电吸附层遇水后容易失效，而人的呼吸蒸汽中含有大量的水蒸气，当佩戴一定时间后，口罩中积累的水蒸气会造成口罩失效。
口罩佩戴者最常遇到的另外一个问题就是呼吸不畅，特别是处于运动状态时，呼吸不畅的感觉更加明显。对于在雾霾天、沙尘暴天气、春天花粉传播高峰期、流感爆发期等需要戴口罩时期，佩戴口罩晨练，骑单车、走路上班等就会让人感觉呼吸不畅甚至胸闷，这是人体缺氧的表现。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种电化学口罩，在现有口罩的基础上，创造性地增加电化学装置，将呼吸蒸汽中的水电解为氧气和氢气，氧气回供人体，实现了呼吸蒸汽分解和氧气补充，解决了口罩佩戴过程中的蒸汽影响以及佩戴缺氧问题。
本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种电化学口罩，包括中间过滤层和位于中间过滤层外侧的外表层，还包括位于中间过滤层内侧的电化学膜电极层，所述电化学膜电极层包括吸湿内表层，以及设置在吸湿内表层外侧面的阴极析氢层和设置在吸湿内表层内侧面的阳极析氧层，所述阴极析氢层和阳极析氧层分别通过导线连接设置在口罩上的电源。
本方案的内侧为靠近人体呼吸系统的一侧，外侧为远离人体的一侧，由于人体呼吸蒸汽含有大量的水分，通过设置的吸湿内表层将这些水分吸收，从而连通阴极析氢层和阳极析氧层之间的离子通路，在阳极析氧层处水电解产生氧气，在阴极析氢层处水电解产生氢气，消耗掉呼吸蒸汽中的水分，解决了口罩佩戴过程中呼吸蒸汽引起口罩失效的问题，产生的氧气回供人体，为口罩佩戴者增氧。
作为优化，所述阳极析氧层和阴极析氢层为碳基薄膜或金属基薄膜。本优化方案中阳极析氧层和阴极析氢层的材料导电性好，制备方法简单。
作为优化，碳基薄膜为功能石墨薄膜、功能石墨烯薄膜、功能碳纤维薄膜或功能碳薄膜。本优化方案中的材料制备方法简单，工艺和普通口罩的工艺兼容性好，易于生产。
作为优化，金属基薄膜为铁、钴、镍、钼、钨以及它们的合金或化合物。本优化方案中的材料制备方法简单，成本低廉，产氢、产氧的效率高。
作为优化，所述阳极析氧层和阴极析氢层通过喷涂、蒸镀或溅射设置在吸湿内表层。本优化方案的阳极析氧层和阴极析氢层在吸湿内表层通过喷涂、蒸镀或溅射的方法制备，工艺成本低，有利于降低生产成本。
作为优化，阳极析氧层与其口罩吸湿内表层的连接导线一次成型制备，阴极析氢层与其口罩吸湿内表层的连接导线一次成型制备。本优化方案将阳极析氧层与其吸湿内表层的连接导线同时制备，一次成型，将阴极析氧层与其吸湿内表层的连接导线同时制备，一次成型，大大简化了制备工艺，一次成型也提高了产品的可靠性，同时避免了口罩内部焊线，增加了口罩的佩戴舒适性。
作为优化，所述阳极析氧层和阴极析氢层的尺寸小于或等于吸湿内表层的尺寸。通过本优化方案的设置，可以根据实际需求选择阳极析氧层、阴极析氢层与吸湿内表层的尺寸关系，从而适应不同口罩的需求。
作为优化，电化学膜电极层靠近人体的一侧设置有面部贴合层。本优化方案通过设置面部贴合层，进一步提高了口罩佩戴舒适性。
本发明的有益效果为：
1、打破了传统口罩设计思路，创造性地在口罩上设置电化学装置，人在呼吸时产生的水蒸汽被吸湿内表层吸附而连通此电化学装置的离子通路，将呼吸蒸汽被吸附后形成的水电解为氧气和氢气，消耗了呼吸蒸汽，有效地解决了呼吸蒸汽引起口罩失效的问题，同时还实现为人体增氧的效果；
2、在口罩吸湿内表层表面制备阳极析氧层、阴极析氢层，组成电化学膜电极层，此电极层作为一层材料再和外表层以及中间过滤层进行加工，不改变常规口罩制备工艺，工艺简单，制备成本低廉；
3、在呼吸产生水蒸气时，电路才会被接通，电解水产生氧气和氢气，实现零待机功耗；同时产氧频率和呼吸频率一致，产生的氧及时被人体吸气时吸入，实现增氧供给的最优效果。
附图说明
图1为实施例一的口罩截面图；
图2为实施例一口罩工作原理图；
图3为实施例二的口罩截面图；
图中所示：
1、外表层，2、中间过滤层，3、吸湿内表层，4、石墨烯阳极析氧层，5、石墨烯阴极析氢层，6、纽扣电池，7、导线，8、人的呼吸蒸汽，9、铁镍合金阳极析氧层，10、镍阴极析氢层，11、面部贴合层。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
实施例一
如图1所示一种电化学口罩，包括自外而内依次设置的外表层1、中间过滤层2和电化学膜电极层，外表层和中间过滤层采用现有技术，远离人体呼吸系统的一侧为外，靠近人体呼吸系统的一侧为内。
电化学膜电极层包括吸湿内表层3，以及设置在吸湿内表层外侧面的阴极析氢层和设置在吸湿内表层内侧面的阳极析氧层，吸湿内表层具有吸水性能，用于吸附人体呼气时呼出的水蒸气。阴极析氢层和阳极析氧层分别通过导线7连接设置在口罩上的电源，阴极析氢层与电源负极连接，阳极析氧层与电源正极连接。本实施例的阴极析氢层为石墨烯阴极析氢层5，阳极析氧层为石墨烯阳极析氧层4，电源为固定在口罩侧边的纽扣电池6。
阳极析氧层和阴极析氢层的尺寸和图形可以根据要求改变，本实施例中，石墨烯阳极析氧层和石墨烯阴极析氢层的面积小于口罩吸湿内表层的面积，石墨烯阳极析氧层与其口罩吸湿内表层的连接导线，石墨烯阴极析氢层与其口罩吸湿内表层内的连接导线分别采用喷涂的方法在口罩吸湿内表层一次成型制备。导线分为两段，一段位于口罩内部，与阳极析氧层、阴极析氢层一次成型制备，另外一段通过焊线连接口罩内部导线和电池。
如图2所示，本实施例中人的呼吸蒸汽8含有大量的水分，这些水分被口罩的吸湿内表层3吸收，连通石墨烯阳极析氧层4和石墨烯阴极析氢层5之间的离子通路，在石墨烯阳极析氧层4处水电解为氧气，在石墨烯阴极析氢层5处水电解为氢气。由于石墨烯阳极析氧层4靠近人体，产生的氧气顺利回供人体。因此解决了口罩佩戴过程中呼吸蒸汽引起口罩失效的问题，同时还可以为口罩佩戴者增氧。
实施例二
如图3所示，本实施例与实施例一区别在于，本实施例中的阳极析氧层为蒸镀在吸湿内表层3内表面的铁镍合金阳极析氧层9，阴极析氢层为蒸镀在吸湿内表层3外表面的镍阴极析氢层10，铁镍合金阳极析氧层和镍阴极析氢层的尺寸均与吸湿内表层的尺寸一致。
为了进一步提高口罩佩戴舒适性，本实施例在口罩最里层即电化学膜电极层的内侧设置有一层面部贴合层11。
本发明的电化学口罩，通过在口罩内设置电化学装置，将呼吸蒸汽中的水电解为氧气和氢气，氧气回供人体，实现了呼吸蒸汽分解和氧气补充，解决了口罩佩戴过程中的蒸汽影响以及佩戴缺氧问题。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。
