[发明专利]基于石墨烯的高灵敏环境质量监测系统

权利要求书

1.基于石墨烯的高灵敏环境质量监测系统，其特征在于，所述环境质量监测系统包括基站、以及分别与基站相连接的大气污染物监测仪和气象监测仪；

所述基站包括计算机、数据预处理器与UPS电源，计算机与数据预处理器相连接，UPS电源分别与计算机和数据预处理器相连接；

所述大气污染物监测仪包括微处理器、以及分别与其相连接的功能传感器组、电源模块与通讯模块，功能传感器组包括传感器接口、以及分别与其相连接的PM10传感器、PM2.5传感器、SO₂传感器、NO₂传感器、O₃传感器、CO传感器、温度传感器与湿度传感器；

所述气象监测仪包括功能传感器组与数据采集器，数据采集器通过数据预处理器与计算机相连接，功能传感器组包括分别与数据采集器相连接的风向传感器、风速传感器、以及与数据预处理器相连接的气压传感器；

所述NO₂传感器为厚膜型，采用陶瓷基板为衬底，在该陶瓷基板上设有插指电极，插指电极上设有敏感薄膜，所述敏感薄膜为ZnO纳米片和Au/SnO₂/RGO复合材料的混合物。

2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的高灵敏环境质量监测系统，其特征在于，所述电源模块与市政供电或太阳能板相连接。

3.根据权利要求1所述的基于石墨烯的高灵敏环境质量监测系统，其特征在于，所述通讯模块与所述计算机相连接。

4.根据权利要求1所述的基于石墨烯的高灵敏环境质量监测系统，其特征在于，所述ZnO纳米片是通过水热法制备的；所述Au/SnO₂/RGO复合材料是通过水热法制备的，该复合材料呈二维片状结构，Au和SnO₂均为纳米粒子，均匀的担载在石墨烯表面。

5.根据权利要求4所述的基于石墨烯的高灵敏环境质量监测系统，其特征在于，Au/SnO₂/RGO复合材料中，所述Au纳米粒子粒径为10nm；所述SnO₂纳米粒子粒径为5nm；该复合材料中，Au、SnO₂和RGO的质量比例为7:5:4。

6.根据权利要求5所述的基于石墨烯的高灵敏环境质量监测系统，其特征在于，所述敏感薄膜厚度为0.15mm。

7.根据权利要求5所述的基于石墨烯的高灵敏环境质量监测系统，其特征在于，所述ZnO纳米片与Au/SnO₂/RGO复合材料的质量比为4:1。

8.根据权利要求5所述的基于石墨烯的高灵敏环境质量监测系统，其特征在于，所述NO₂传感器的制备过程为：

S1，制备ZnO纳米片：分别取3.5g的尿素和1g的乙酸锌，将尿素和乙酸锌溶解在40ml去例子水中，形成混合溶液，然后搅拌50min，搅拌后将混合溶液转移到100ml的锥形瓶中，密封，将锥形瓶置于烘箱中，在95℃下保温8h，然后自然冷却，将沉淀离心、洗涤，再在60℃干燥3h，最后，将沉淀在马弗炉中320℃煅烧2h，得到所述的ZnO纳米片粉末；

S2，制备Au/SnO₂/RGO复合材料

a)制备氧化石墨：GO的制备是通过改进的Hummers方法完成；

b)制备Au/SnO₂/RGO复合材料：将1ml的上述GO溶液加入到40ml蒸馏水中，再将SnCl₄·5H₂O加入到GO的分散液中，超声分散30min，而后将溶液转移至50ml的水热反应釜中，密封后放在烘箱中180℃反应12h，将所得产物离心分离，得到In₂O₃/RGO分散液；再将Au纳米粒子加入到上述In₂O₃/RGO分散液中，将混合溶液加热到100℃反应60min，所得产物经离心分离、洗涤，得到所述Au/SnO₂/RGO复合材料分散液；

S3：将上述得到的Au/SnO₂/RGO复合材料分散液滴涂到ZnO纳米片粉末表面，研磨60min、超声处理20min，使其混合均匀，然后，将混合物进行低温射频氩等离子体处理，等离子发生装置为电感耦合式，工作频率为15.24MHz，功率为350W，气压45Pa，气体流速为22sccm，处理时间为40min；

S4：将等离子体处理后的混合物与适量去例子水混合均匀，在研钵中研磨10min，将所得糊状物涂敷于带有插指电极的陶瓷基底表面，干燥后，得到所述NO₂传感器；所述的插指电极为Au电极，Au电极线条宽为0.1mm，指间距为0.15mm，插指电极厚度为0.1～0.2mm。