研究背景
　　
　　我在生活中注意到，食物存放在冰箱冷藏室，常常3天左右菜就開(kāi)始出現(xiàn)變質(zhì)，冰箱里漸漸出現(xiàn)異味、怪味。這件具有普遍性的事促使我去思考如何提高冰箱的保鮮效果。于是，我開(kāi)始對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在冰箱基本僅僅靠調(diào)低溫度方法來(lái)保鮮食物，沒(méi)有抗菌和殺菌功能。雖然很多人知道在低溫環(huán)境下仍然有細(xì)菌存在，但都無(wú)可奈何。盡管有的冰箱內(nèi)膽里加入了抗菌材料，有一定的效果，但是這種方法只能殺死與冰箱內(nèi)壁接觸的細(xì)菌，而無(wú)法殺死冰箱內(nèi)部的全部細(xì)菌。我受物理課“尖端放電實(shí)驗(yàn)”的啟示，決定要研究“高濃度離子和低濃度臭氧發(fā)生器”(以下簡(jiǎn)稱發(fā)生器)，目的是研制出一種不僅能為冰箱中的食品提供保鮮，還能創(chuàng)造一種潔凈的環(huán)境、能殺滅食品上的細(xì)菌的新型裝置，并在工作電流、負(fù)離子濃度、臭氧濃度和抗電磁干擾等幾個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)突破與創(chuàng)新。
　　
　　研究項(xiàng)目的工作原理
　　
　　發(fā)生器工作原理
　　發(fā)生器的主要工作原理是將低電壓通過(guò)升壓電路升至正高壓及負(fù)高壓，利用正高壓及負(fù)高壓電離空氣(主要是氧氣)產(chǎn)生大量的正離子及負(fù)離子，負(fù)離子的數(shù)量大于正離子的數(shù)量(負(fù)離子的數(shù)量大約為正離子數(shù)量的1.5倍)。同時(shí)產(chǎn)生的正離子與負(fù)離子在空氣中進(jìn)行正負(fù)電荷中和的瞬間產(chǎn)生巨大的能量釋放，從而導(dǎo)致其周圍細(xì)菌結(jié)構(gòu)的改變或能量的轉(zhuǎn)換，從而致使細(xì)菌死亡，實(shí)現(xiàn)其殺菌的作用。由于負(fù)離子的數(shù)量大于正離子的數(shù)量，因此多余的負(fù)離子仍然飄浮在空氣中，可以消煙、除塵、消除異味、改善空氣的品質(zhì)，提升冰箱對(duì)食品的保鮮作用。
　　臭氧的生成及滅菌原理
　　臭氧(O)可通過(guò)高壓放電、電暈放電，使空氣中的部分氧氣分解后聚合而成。臭氧能氧化分解細(xì)菌內(nèi)部葡萄糖所需的酶，使細(xì)菌死亡；它能直接與細(xì)菌、病毒作用，破壞它們的細(xì)胞器和DNA、RNA，導(dǎo)致細(xì)菌死亡；它能透過(guò)細(xì)胞膜組織，侵入細(xì)胞內(nèi)，使細(xì)菌發(fā)生通透性畸變而溶解死亡。
　　臭氧滅菌徹底，無(wú)殘留，殺菌廣譜，可殺滅細(xì)菌繁殖體和芽孢、病毒、真菌等，并可破壞肉毒桿菌毒素。臭氧是氣體，能迅速?gòu)浡秸麄€(gè)滅菌空間，滅菌無(wú)死角。另外，臭氧對(duì)霉菌也有極強(qiáng)的殺滅作用。臭氧在一般環(huán)境下很快會(huì)自行分解為氧氣或單個(gè)氧原子，原子能自行結(jié)合成氧分子，不存在任何有毒殘留物，所以，臭氧還是一種無(wú)污染的消毒劑。
　　
　　技術(shù)線路實(shí)現(xiàn)方式
　　要產(chǎn)生正負(fù)離子及臭氧，首先需要能夠?qū)崿F(xiàn)高電暈放電的正負(fù)離子發(fā)生裝置，在其中有高頻電壓發(fā)生電路，其功耗控制在一定范圍內(nèi)(額定電壓12V／DC輸入，電流10mA以下，功率小于1W)，輸出
　　高壓：+DC2.5KV±0.5KV、DC3.5KV±0.5KV?？砷L(zhǎng)時(shí)間不間斷的使用。
　　其次，采用碳纖維作為放電端，碳纖維與針尖相比放電空間更大，效果更好，使用更安全。尖端放電的尖刺形正負(fù)極的距離設(shè)定為35mm，有效地控制了臭氧的產(chǎn)生量。通過(guò)內(nèi)部電路和外部的兩放電極問(wèn)的固定距離來(lái)實(shí)現(xiàn)這一特點(diǎn)。另外該電路進(jìn)行真空絕緣灌封，灌封材料、外殼材料和支架等都選用耐高低溫沖擊、耐酸堿、硬度高、絕緣防火等高級(jí)材料，電器絕緣指數(shù)CTI值大于250。從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目作品能在各種惡劣環(huán)境下正常工作。通過(guò)優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)和元件的選型等處理，電磁兼容也符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
　　發(fā)生器線路原理圖如圖所示。
　　
　　項(xiàng)目實(shí)施措施及技術(shù)指標(biāo)完成情況
　　
　　研發(fā)階段
　　考慮到冰箱內(nèi)部環(huán)境的特殊性，因此，項(xiàng)目作品的設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)定為：輸入電壓DC12V±10％；輸入電流6mA；有等離子及負(fù)離子兩種功能輸出，且為低頻的離子團(tuán)，要控制好負(fù)離子、等離子、臭氧的輸出量，使這些相關(guān)的輸出量的技術(shù)指標(biāo)在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平，且工作性能穩(wěn)定。
　　
　　設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)階段
　　材料選擇耐溫高的材料且CTI大于250，電路設(shè)計(jì)為DC12V輸入的低頻離子發(fā)生器電路，同時(shí)產(chǎn)生等離子、負(fù)離子及小量臭氧三種功能，電路設(shè)計(jì)符合EMC規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　發(fā)生器參數(shù)測(cè)試結(jié)果
　　◇工作電流：6mA
　　◇輸出高壓：DC 2.5±0.5KV DC 3.5±0.5KV
　　◇輸出離子濃度：正離子濃度：900萬(wàn)／S／cm³；負(fù)離子濃度：1390萬(wàn)／S／cm³
　　◇臭氧濃度：15ppb
　　◇耐溫：耐高溫125℃
　　◇耐壓：DC4000V／1mA／S
　　◇電磁兼容性EMC：所測(cè)作品的電磁兼容傳導(dǎo)干擾符合EMC標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　食品保鮮對(duì)比實(shí)驗(yàn)
　　用同品牌同型號(hào)冰箱兩臺(tái)，一臺(tái)放有自己設(shè)計(jì)制作的離子發(fā)生器，另一臺(tái)不放。冷藏室溫度都調(diào)在5℃，冷藏時(shí)間都是3天。實(shí)驗(yàn)對(duì)象是鮮魚(yú)和菠菜。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在沒(méi)有放置發(fā)生器的冰箱中，食物放置時(shí)間長(zhǎng)了也會(huì)腐爛變壞，冰箱會(huì)發(fā)出難聞的臭味；而放置了發(fā)生器的冰箱，沒(méi)有臭味及異味。
　　
　　結(jié)論
　　
　　綜合參數(shù)測(cè)試和保鮮實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看出，本作品運(yùn)用于冰箱除臭保鮮殺菌時(shí)有以下特點(diǎn)：
　　◇強(qiáng)力殺菌：具有極強(qiáng)的殺菌力，對(duì)食品、蔬菜上沾染的各種有害微生物的殺滅效果好，抑制細(xì)菌的繁殖，避免食品交叉污染。
　　◇消除異味：迅速分解冰箱內(nèi)的各種異味和臭味，避免食物串味，保持生鮮食品的新鮮度。例如：消除SO、NH、NO等異味。
　　◇抑制水果蔬菜的代謝，加之滅菌除臭作用，能延長(zhǎng)鮮肉、水果和蔬菜的保鮮時(shí)間。
　　◇可持續(xù)氧化分解冰箱里的有機(jī)或無(wú)機(jī)污染氣體，并可殺滅冰箱內(nèi)的細(xì)菌繁殖體和芽孢、真菌、病毒等，有效保持冰箱衛(wèi)生。
　　◇電子產(chǎn)品“除臭保鮮殺菌”絕無(wú)二次污染。
　　本作品跟國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品相比更科學(xué)、更有功效，表現(xiàn)在如下幾方面：
　　◇節(jié)能與安全(電流6mA，電極高壓放電，即使用手觸摸都沒(méi)事)；
　　◇健康(臭氧無(wú)味道，不刺激人的感官，有殺菌功效)；
　　◇離子濃度高(大大提升冰箱“保鮮、除臭、殺菌”功效)；
　　◇性能穩(wěn)定及電磁兼容等。
　　可以預(yù)見(jiàn)，本作品將來(lái)的開(kāi)發(fā)將解決一個(gè)與老百姓日常生活及身體健康緊密相關(guān)的大問(wèn)題。
　　該項(xiàng)目獲得第25屆全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽創(chuàng)新成果競(jìng)賽項(xiàng)目中學(xué)組物理學(xué)一等獎(jiǎng)。
　　
　　專家評(píng)語(yǔ)
　　
　　本項(xiàng)目研制了一種生產(chǎn)高濃度離子和低濃度臭氧的小型發(fā)生器，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，其在冰箱保鮮、殺菌和除臭方面效果較