[发明专利]一种石墨烯基生命探测器

说明书

本发明公开了一种石墨烯基生命探测器，包括红外传感器、伸缩机械臂、信号处理单元和报警器，红外传感器固定在所述伸缩机械臂的前端，红外传感器和报警器分别与信号处理单元相连。所述的红外传感器是由三角形组成的正二十面体结构，该正二十面体结构的表面由半导体、多层石墨烯膜和红外滤光层组成的光电器件，半导体作为基底，多层石墨烯膜铺设于半导体之上，最后再镀一层红外滤光层。通过正二十面体基底结构，以尽可能大的比表面积暴露于环境中，搜索自然灾害后废墟下的生命迹象。使得生命探测器的响应距离得到极大的提升，同时也提高了红外响应的灵敏度、使用便捷性。

技术领域

本发明涉及一种生命探测器，具体为一种石墨烯基生命探测器。

背景技术

随着我国军民融合发展战略的不断深入推进，越来越多的先进技术、专业装备慢慢地走出军队，走进百姓。其中，红外探测技术就是一个典型代表。红外探测技术，最开始多应用于军事领域，现在逐渐转为民用，在基础研究、设备维护、工业检测、消防安防等领域得到广泛应用。我国是一个幅员辽阔、地理地貌特征多样的大国，且自然灾害频发，当地震、山体滑坡、泥石流等灾害发生时每年都会造成大量的人员伤亡，因此，亟需将应急搜救工作提升至更高水，以更好地保障人民生命财产安全。

红外线是波长在750nm到1mm之间，波长比红光长的非可见光。任何高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线，因此也称为热射线。在红外光谱学中，一般将红外波段分成近红外、中红外和远红外三个波段，有生命的物体发射的红外线一般属于远红外线。研究表明：人体体温在 37℃时，人体红外辐射能量较集中的中心波长为 9.4μm；其中人体皮肤的红外辐射范围为 3-50μm，8-14μm波段的红外辐射占人体辐射能量的 46%，8-14μm波段是设计人体红外生命探测器过程中的重要技术参数。生命探测器，依靠人体与环境红外辐射的区别来辨别幸存者，因此可用于黑暗、狭小、充满烟雾等人们目力难及的救援场所，一般由红外传感器和光学成像物镜两部分组成，主要是精确探测环境中的红外光，经过滤波，从而使红外光直接转换产生光电流信号，在经过信号放大后输出为可视信号，以达到人员搜救的目的。红外传感器是生命探测器中不可或缺的组成部分，红外传感器及其材料的发展水平决定了一个红外系统的性能，红外系统的性能决定了热成像系统的性能，从而影响整个生命探测器的性能指标。显然，红外传感器已经成为一个国家发展高新技术装备的主要战略资源。目前，红外传感器可分为制冷型和非制冷型两大类，非制冷型由于其不需要添加制冷设备(超导材料除外)并且易于使用，光谱响应与波长无关、可靠性高，制备工艺相对容易、成本低等优势在生命探测器中广泛应用。非制冷型红外传感器由主要以微机电技术(MEMS)制备的热传感器为基础，它可分为三类：热电堆、热释电和微测辐射热计焦平面阵列，其中以微测辐射热计的发展最为迅速。微测辐射热计传感器常用的材料有三大类：金属、半导体和高温超导体，又以半导体为材料的微测辐射热计传感器应用于生命探测器中最为常见。

目前，商业化的硅基红外传感器，由于红外光在硅中的透射深度极浅，光生载流子全部集中于硅的表面，而对于一般构建的结器件具有一定的深度，载流子复合效应会导致器件的光增益随入射光波长的减少会迅速降低，因此硅基光电器件对于红外线的探测能力较慢。石墨烯由于其对全波段的光都存在吸收，且其载流子迁移率极高，因此基于石墨烯的红外光电器件受到了许多人的关注；当前，基于石墨烯的红外光电器件主要利用到的为单层或少层(5层以下)的石墨烯，但由于单层及少层石墨烯的吸光度很低，不能吸收足够强度的光，因此不能产生有效的光电流，因此目前大部分石墨烯基光电器件主要是利用石墨烯的高载流子迁移率，加快半导体所产生的光生载流子的传输。

发明内容

作为本发明的一方面，本发明首次提出一种石墨烯基生命探测器；通过将石墨烯膜集成到一个由三角形组成的正二十面体基底上，以尽可能大的比表面积暴露于环境中，搜索自然灾害后废墟下的生命迹象。