具有檢測PM2.5和凈化空氣功能的透光窗戶

王璇

一、研究背景

隨著生活水平的不斷提高，人們對健康的重視程度也日漸增強，保持室內空氣清新成為人們達成共識的生活習慣。可是，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和自然環(huán)境的變化，空氣質量時有惡化，北京、上海等大城市時有霧霾天氣出現(xiàn)，惡劣天氣時間一長，室內空氣必定受影響。窗戶是室內外空氣交流的必經(jīng)通道，發(fā)明能凈化霧霾空氣的窗戶意義非凡。

二、研究和實驗

負離子發(fā)生器、雨滴傳感器、霧霾傳感器、繼電器、活動裝置、鋁合金窗。通過上網(wǎng)查資料和翻閱書籍，我認真了解了PM2.5檢測儀、聚氯乙烯（PVC）等許多電子器件和材料。

1.模擬實驗

我最開始思考過用空氣凈化濾片代替玻璃，但我隨即發(fā)現(xiàn)目前的空氣凈化濾片普遍無透明性，而且需要借助外力才能凈化空氣。偶然間，我看到了負離子發(fā)生器這一產(chǎn)品，仔細琢磨后，我想到了用透氣透明材料替代玻璃，然后在窗戶靠室內一側安裝一個負離子發(fā)生器，通過繼電器和霧霾傳感器控制。研究過程中，我確定了兩個模擬實驗，對該項目進行性能研究。

模擬實驗一：負離子發(fā)生器對空氣的凈化作用實驗

取一裝滿煙霧的塑料瓶，打開瓶蓋，將已接通電源的負離子發(fā)生器的發(fā)射端朝向瓶內。1分30秒過后，煙霧基本被除盡。

實驗表明，負離子發(fā)生器的確有凈化空氣的功能。

模擬實驗二：PVC板的透明、透光和防雨性能檢測實驗

取一片PVC板置于書本上，發(fā)現(xiàn)書上的字清晰可見。將PVC板立放，在其一側用噴壺噴水，發(fā)現(xiàn)另一側無水滲出。實驗表明，PVC板確有透明、透光和防雨性。

2.具有檢測PM2.5和凈化空氣功能的透光窗戶裝置設計

該項目演示模型的主體結構是一扇由鋁合金制成的30厘米×50厘米窗戶，在窗戶外部裝了一個類似平開窗的活動裝置，并放置了雨滴傳感器和霧霾傳感器。當有雨滴滴落在雨滴傳感器上時，傳感器會通過繼電器驅動活動裝置運作，將其所載的PVC材料放下，雨停后便收起。這樣，就做到了既防雨又透光、透明。

當霧霾傳感器感應到室外空氣質量不達標時，便會通過繼電器啟動負離子發(fā)生器，除去空氣中的污染物質，改善空氣質量。相較于普通窗戶，該項目用通風透氣的材料代替了玻璃，使室內空氣更新鮮，且不用擔心雨水和霧霾對室內物品及人的影響。如果擔心遇到惡劣霧霾天氣，負離子發(fā)生器的功率不足以凈化空氣，那么放置在窗外的另一個超高濃度霧霾傳感器就會驅動活動裝置放下PVC板，給窗子穿上一層保護衣，防止室內空氣受超強霧霾天氣的影響。

三、可行性分析

我用Arduino軟件編好程序，使其能夠驅動我的項目，并實現(xiàn)功能。

雨滴傳感器實驗：用滴管取少量清水（代替雨滴），滴在雨滴傳感器模塊上，發(fā)現(xiàn)其正常驅動活動裝置運作。

PM2.5檢測儀測試實驗：在PM2.5檢測儀旁點燃紙片，釋放出煙霧，發(fā)現(xiàn)PM2.5檢測儀監(jiān)測的數(shù)據(jù)由35～43上升到了175～190；拿開紙片后，數(shù)據(jù)下降到了46～55。

霧霾傳感器測試實驗：在霧霾傳感器旁點燃紙片，發(fā)現(xiàn)其正常驅動負離子發(fā)生器運作。

四、項目的創(chuàng)新和主要貢獻

該項目改善了普通玻璃窗的許多缺點，比如，一旦窗子未關，室外的雨水或霧霾便會對室內的物品或空氣質量造成影響；普通窗戶沒有凈化氣體的功能，而該窗在空氣質量不達標的情況下會自動啟動負離子發(fā)生器，改善空氣質量；普通窗戶一關就阻止了大氣流通，而這款窗戶用透氣材料代替玻璃，使窗戶既能通風，同時又能保證室內空氣質量；安裝在窗戶上的PM2.5檢測儀能方便人們了解窗外實時的PM2.5，方便人們選擇出行與否或出行是否需要戴口罩。

五、研究體會

一分耕耘一分收獲。這次的科技創(chuàng)新活動，讓我明白了把想法變成現(xiàn)實需要堅定的信念、不怕吃苦的精神和充足的知識儲備。感謝老師和父母在這次創(chuàng)新活動中對我的支持和幫助，讓我完成了人生中第一篇創(chuàng)新論文。

（本文為2016年湖南省科技創(chuàng)新大賽一等獎獲獎作品，原文有刪節(jié)。）