具有检测PM2.5和净化空气功能的透光窗户

王璇

一、研究背景

随着生活水平的不断提高，人们对健康的重视程度也日渐增强，保持室内空气清新成为人们达成共识的生活习惯。可是，现代工业的发展和自然环境的变化，空气质量时有恶化，北京、上海等大城市时有雾霾天气出现，恶劣天气时间一长，室内空气必定受影响。窗户是室内外空气交流的必经通道，发明能净化雾霾空气的窗户意义非凡。

二、研究和实验

负离子发生器、雨滴传感器、雾霾传感器、继电器、活动装置、铝合金窗。通过上网查资料和翻阅书籍，我认真了解了PM2.5检测仪、聚氯乙烯（PVC）等许多电子器件和材料。

1.模拟实验

我最开始思考过用空气净化滤片代替玻璃，但我随即发现目前的空气净化滤片普遍无透明性，而且需要借助外力才能净化空气。偶然间，我看到了负离子发生器这一产品，仔细琢磨后，我想到了用透气透明材料替代玻璃，然后在窗户靠室内一侧安装一个负离子发生器，通过继电器和雾霾传感器控制。研究过程中，我确定了两个模拟实验，对该项目进行性能研究。

模拟实验一：负离子发生器对空气的净化作用实验

取一装满烟雾的塑料瓶，打开瓶盖，将已接通电源的负离子发生器的发射端朝向瓶内。1分30秒过后，烟雾基本被除尽。

实验表明，负离子发生器的确有净化空气的功能。

模拟实验二：PVC板的透明、透光和防雨性能检测实验

取一片PVC板置于书本上，发现书上的字清晰可见。将PVC板立放，在其一侧用喷壶喷水，发现另一侧无水渗出。实验表明，PVC板确有透明、透光和防雨性。

2.具有检测PM2.5和净化空气功能的透光窗户装置设计

该项目演示模型的主体结构是一扇由铝合金制成的30厘米×50厘米窗户，在窗户外部装了一个类似平开窗的活动装置，并放置了雨滴传感器和雾霾传感器。当有雨滴滴落在雨滴传感器上时，传感器会通过继电器驱动活动装置运作，将其所载的PVC材料放下，雨停后便收起。这样，就做到了既防雨又透光、透明。

当雾霾传感器感应到室外空气质量不达标时，便会通过继电器启动负离子发生器，除去空气中的污染物质，改善空气質量。相较于普通窗户，该项目用通风透气的材料代替了玻璃，使室内空气更新鲜，且不用担心雨水和雾霾对室内物品及人的影响。如果担心遇到恶劣雾霾天气，负离子发生器的功率不足以净化空气，那么放置在窗外的另一个超高浓度雾霾传感器就会驱动活动装置放下PVC板，给窗子穿上一层保护衣，防止室内空气受超强雾霾天气的影响。

三、可行性分析

我用Arduino软件编好程序，使其能够驱动我的项目，并实现功能。

雨滴传感器实验：用滴管取少量清水（代替雨滴），滴在雨滴传感器模块上，发现其正常驱动活动装置运作。

PM2.5检测仪测试实验：在PM2.5检测仪旁点燃纸片，释放出烟雾，发现PM2.5检测仪监测的数据由35～43上升到了175～190；拿开纸片后，数据下降到了46～55。

雾霾传感器测试实验：在雾霾传感器旁点燃纸片，发现其正常驱动负离子发生器运作。

四、项目的创新和主要贡献

该项目改善了普通玻璃窗的许多缺点，比如，一旦窗子未关，室外的雨水或雾霾便会对室内的物品或空气质量造成影响；普通窗户没有净化气体的功能，而该窗在空气质量不达标的情况下会自动启动负离子发生器，改善空气质量；普通窗户一关就阻止了大气流通，而这款窗户用透气材料代替玻璃，使窗户既能通风，同时又能保证室内空气质量；安装在窗户上的PM2.5检测仪能方便人们了解窗外实时的PM2.5，方便人们选择出行与否或出行是否需要戴口罩。

五、研究体会

一分耕耘一分收获。这次的科技创新活动，让我明白了把想法变成现实需要坚定的信念、不怕吃苦的精神和充足的知识储备。感谢老师和父母在这次创新活动中对我的支持和帮助，让我完成了人生中第一篇创新论文。

（本文为2016年湖南省科技创新大赛一等奖获奖作品，原文有删节。）