[发明专利]一种基于石墨烯红外发射单元的空气污染物检测仪

说明书

本发明提供一种基于石墨烯红外发射单元的空气污染物检测仪，利用多红外发射涂层中石墨烯微球的褶皱形结构，在高分子的凝聚结合作用下，在石墨烯层的热生成作用下，在绝缘铝硅化合物的绝缘作用下，在小分子高辐射无机粒子的配合下，实现多红外辐射；通过探测单元接收从红外发射单元发出，经过滤光片过滤后通过待测气体的红外光，实现对空气污染物的检测；并且本发明的气体检测装置可更换滤光片，用于检测各类气体，操作简单、价格低廉。

技术领域

本发明属于纳米新材料技术领域，具体地涉及一种基于石墨烯红外发射单元的空气污染物检测仪。

背景技术

大气污染所产生的SO²、NO等有毒气体都会对人类的身体健康造成危害。目前国内检测空气质量的方法以实验室化学分析法为主，缺点是检测周期长且操作不方便，设备体积庞大，价格昂贵等。现场检测仪主要采用电化学传感器检测原理，检测精度不高、易受环境影响。

目前，市面上已有基于红外技术的多组分气体检测仪，但是检测仪中常用的红外发射器体积小，发射的红外光辐射范围小、光强度低，不适于大面积探测气体。另外，由于辐射范围小，使得红外探测器难以探测到发射器发出的红外光，降低了检测效率。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种基于石墨烯红外发射单元的空气污染物检测仪，该检测仪通过多红外发射涂层实现高效光电转换，利用聚铝硅酸盐层的隔热作用，利用石墨烯电热层、碳化硅层以及穿插于碳化硅层和可石墨化高分子层的石墨烯微球形成的褶皱形结构提高了热转换、热传导、散热以及间接辐射的辐射效率和辐射功率，使得红外发射单元的红外辐射率超过98％，辐射波长在2-20um范围内，电热转换效果达到70％以上，从而广泛适用于检测各种红外特征吸收波段的空气污染物。

本发明的另一个目的在于提供一种基于石墨烯红外发射单元的空气污染物检测仪，选取气体中待检测污染物之后，通过调整滤光片使辐射波长固定在待测污染物的红外特征吸收波段；无污染物时，红外辐射直接被探测单元探测到，得到稳定的光电流信号；当有污染物出现时，红外辐射被部分吸收，探测单元探测到的红外光强度减弱，光电流信号减弱；通过设定参比污染物浓度，可以得出空气污染物的精确浓度。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于石墨烯红外发射单元的空气污染物检测仪，包括红外发射单元、探测单元以及设置在所述红外发射单元表面的滤光片，所述红外发射单元至少包括依次设置的聚铝硅酸盐层、石墨烯电热层、碳化硅层和可石墨化高分子层，以及穿插于所述碳化硅层和可石墨化高分子层的石墨烯微球。石墨烯电热层与电源相连，所述红外发射单元将电能转换成热能，并将热量以红外向外辐射，所述红外滤光片将所辐射的红外光进行过滤，以通过特定波段的红外光；石墨烯微球尺寸为2～5um，碳化硅层和可石墨化高分子层的总厚度不超过石墨烯微球尺寸的1/4。

本发明采用喷雾处理方式获得石墨烯微球，使得微球壁厚少于5个原子层，少层石墨烯的结构使得石墨烯微球的导热性能维持了石墨烯的性质，其内部石墨烯片层受垂直方向束缚力小，垂直方向低频声子数相对于石墨急剧增加，极大的加强了石墨烯微球的导热，使得其可以快速将底层热量传导到整个石墨烯微球，并在垂直方向和空气快速作用，加强热辐射和热传导效率。

进一步地，所述探测单元探测红外光，当含有污染气体时，相应波段的红外光被污染气体吸收而强度减弱，从而实现污染气体的检测。

进一步地，所述检测仪还包括一用于收集待测气体的腔体，所述腔体内至少滤除对应于所述滤光片允许通过波段的红外光，使之不受环境光影响，可以更为精确的检测。

进一步地，所述红外发射单元和探测单元分别设置于腔体相对的两侧。

进一步地，所述滤光片波段在4.5-4.7μm时，用于检测气体中CO含量；滤光片在4.5-4.7μm的透过率至少在50％以上，其余波段的截止率在90％以上。