CN109974945A - 一种阀门漏水报警装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种阀门漏水报警装置及其制备方法。本发明提供的阀门漏水报警装置包括单片机和依次叠层设置的柔性绝缘基底、粘结层和石墨烯层，其中，所述石墨烯层相对的两端通过导线与单片机的两端相连。本发明提供的阀门漏水报警装置基于石墨烯流体发电技术，将其套在阀门与管道连接处，阀门漏水时液滴滴在石墨烯层上，利用石墨烯的充放电效应输出电压脉冲信号，通过导线可以将电压脉冲信号传回单片机，触发单片机上的报警电路，单片机发出报警信号，实现阀门漏水检测及报警功能。本发明充分利用了石墨烯的性能，且结构简单、灵敏度高，能及时检测到阀门漏水并且进行报警，提高设备运行效率。

Description

一种阀门漏水报警装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种阀门漏水报警装置及其制备方法。

背景技术

自来水管道四通八达，纵横交错，方便了千家万户的用水问题，但是随之而来的阀门和管道漏水现象产生了大量的水资源浪费，亟待解决。看得见的阀门和管道漏水尚好应对，隐藏的阀门和管道漏水则需要花费很多的人力、物力来检测。目前对此类隐藏的漏水点的检测，主流的方法是检测漏水点发出的异常声音，所用的仪器有探管仪、电子听漏仪、听漏棒、超声波流量计等，需要专业的听漏工，不仅难度大，而且耗时，效率低下。此外，还可以通过机械式流量计以及铜箔传感器(铜箔连接正负电极做成的传感器)检测漏水情况，但是机械式流量计不能检测到小流量漏水情况，同时易堵塞、寿命短；而铜箔传感器也具有检测不到小流量漏水的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阀门漏水报警装置及其制备方法，本发明提供的阀门漏水报警装置结构简单、灵敏度高，能及时检测到阀门漏水并且进行报警，提高设备运行效率。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种阀门漏水报警装置，包括单片机和依次叠层设置的柔性绝缘基底、粘结层和石墨烯层，其中，所述石墨烯层相对的两端通过导线与单片机的两端相连。

优选地，所述柔性绝缘基底的厚度为2～4cm。

优选地，所述柔性绝缘基底包括聚二甲基硅氧烷基底或聚对苯二甲酸乙二醇酯基底。

优选地，所述粘结层和石墨烯层的总厚度为200～300nm。

优选地，所述粘结层的制备原料包括聚甲基丙烯酸甲酯。

优选地，所述导线通过导电银胶封装在石墨烯层相对的两端。

本发明提供了上述技术方案所述阀门漏水报警装置的制备方法，包括以下步骤：

在柔性绝缘基底的单面叠层设置粘结层和石墨烯层，通过导线将石墨烯层相对的两端与单片机的两端相连，得到阀门漏水报警装置。

优选地，在所述柔性绝缘基底的单面叠层设置粘结层和石墨烯层的方法，包括以下步骤：

利用化学气相沉积法在衬底上制备石墨烯层；

利用聚甲基丙烯酸甲酯将所述石墨烯层转移至柔性绝缘基底的单面，在所述柔性绝缘基底的单面依次形成粘结层和石墨烯层。

优选地，所述衬底为铜箔。

优选地，通过导线将所述石墨烯层相对的两端与单片机的两端相连的方法，包括以下步骤：

用导电银胶将两根导线分别封装在所述石墨烯层相对的两端，将所述导线的另外两端与单片机的两端相连。

本发明提供了一种阀门漏水报警装置，包括单片机和依次叠层设置的柔性绝缘基底、粘结层和石墨烯层，其中，所述石墨烯层相对的两端通过导线与单片机的两端相连。本发明提供的阀门漏水报警装置基于石墨烯流体发电技术，将其套在阀门与管道连接处，阀门漏水时液滴滴在石墨烯层上，利用石墨烯的充放电效应输出电压脉冲信号，通过导线可以将电压脉冲信号传回单片机，触发单片机上的报警电路，单片机发出报警信号，实现阀门漏水检测及报警功能。本发明充分利用了石墨烯的性能，且结构简单、易于制备、功耗低、无污染、灵敏度高，能及时检测到阀门漏水并且进行报警，提高设备运行效率。

附图说明

图1为本发明提供的阀门漏水报警装置的结构示意图，图中，1-石墨烯复合薄膜，2-单片机，3-柔性绝缘基底，4-导电银胶，5-导线；

图2为本发明提供的阀门漏水报警装置中石墨烯层固定于阀门与管道连接处的示意图；

图3为水滴滴于本发明提供的阀门漏水报警装置中石墨烯层上时产生的电压信号图。

具体实施方式

本发明提供了一种阀门漏水报警装置，包括单片机和依次叠层设置的柔性绝缘基底、粘结层和石墨烯层，其中，所述石墨烯层相对的两端通过导线与单片机的两端相连。

本发明提供的阀门漏水报警装置包括柔性绝缘基底。在本发明中，所述柔性绝缘基底的厚度优选为2～4cm，更优选为2～3cm。本发明对于所述柔性绝缘基底的其它尺寸(如长、宽)没有特殊的限定，根据实际需要设置即可。本发明对于所述柔性绝缘基底的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知柔性绝缘基底即可；在本发明中，所述柔性绝缘基底优选包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底。本发明对于所述柔性绝缘基底的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品或本领域技术人员熟知的方法制备得到均可；在本发明中，所述柔性绝缘基底的制备方法在后文详述。

本发明提供的阀门漏水报警装置包括依次叠层设置在所述柔性绝缘基底单面的粘结层和石墨烯层。在本发明中，所述石墨烯层优选为单层石墨烯(理论厚度为0.34nm)或多层石墨烯(石墨烯的层数优选≤10层)。在本发明中，所述粘结层和石墨烯层形成石墨烯复合薄膜，所述粘结层和石墨烯层的总厚度(即石墨烯复合薄膜的厚度)优选为200～300nm。本发明对于所述石墨烯复合薄膜的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方法制备得到即可；在本发明中，所述石墨烯复合薄膜的制备方法在后文详述。

在本发明中，所述石墨烯复合薄膜的面积优选≤所述柔性绝缘基底的面积，当所述石墨烯复合薄膜的面积小于所述柔性绝缘基底的面积时，即石墨烯复合薄膜与柔性绝缘基底的边缘有一定距离，本发明对具体距离不做特殊的限定，能够保证阀门漏水报警装置正常运行即可。

本发明提供的阀门漏水报警装置包括单片机，其中，石墨烯层相对的两端通过导线与单片机的两端相连；本发明优选是用导电银胶将两根导线分别封装在所述石墨烯层相对的两端，将所述导线的另外两端与单片机的两端相连。本发明对于所述单片机没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的单片机即可。

图1为本发明提供的阀门漏水报警装置的结构示意图，为了清楚的理解本方案，将粘结层和石墨烯层统称为石墨烯复合薄膜，图中1为石墨烯复合薄膜，2为单片机，3为柔性绝缘基底，4为导电银胶，5为导线；其中，石墨烯复合薄膜设置在柔性绝缘基底上，石墨烯层相对的两端利用导电银胶封装有导线，并通过导线与单片机的两端相连。

本发明提供的阀门漏水报警装置的使用方法优选包括以下步骤：

如图2所示，将阀门漏水报警装置中附着有石墨烯复合薄膜的柔性绝缘基底卷曲缠绕在阀门与管道连接处(需要保证石墨烯层绕阀门与管道连接处一周，并且适当与其留有一定空隙，如5cm，使得漏水能够以液滴的形式滴落在石墨烯层上，若是漏水慢慢浸到石墨烯层上，电压相对会比较小，影响实际使用效果)，并用强力胶将柔性绝缘基底两端粘合在一起固定在阀门与管道连接处；其中，通过调整所述导线的长度，单片机可以放置在监控室，报警时以便有关人员可以听到。

本发明提供的阀门漏水报警装置基于石墨烯流体发电技术，将其套在阀门与管道连接处，阀门漏水时液滴滴在石墨烯层上，利用石墨烯的充放电效应输出电压脉冲信号，通过导线可以将电压脉冲信号传回单片机，触发单片机上的报警电路，单片机发出报警信号，实现阀门漏水检测及报警功能。本发明利用柔性绝缘基底能够更好地适应各种阀门的形状，保证石墨烯层固定在阀门与管道连接处，进而保证阀门漏水报警装置具有较高的灵敏度。

本发明提供了上述技术方案所述阀门漏水报警装置的制备方法，包括以下步骤：

在柔性绝缘基底的单面叠层设置粘结层和石墨烯层，通过导线将石墨烯层相对的两端与单片机的两端相连，得到阀门漏水报警装置。

在本发明中，在所述柔性绝缘基底的单面叠层设置粘结层和石墨烯层的方法，优选包括以下步骤：

利用化学气相沉积法在衬底上制备石墨烯层；

利用聚甲基丙烯酸甲酯将所述石墨烯层转移至柔性绝缘基底的单面，在所述柔性绝缘基底的单面依次形成粘结层和石墨烯层。

本发明优选利用化学气相沉积(CVD)法在衬底上制备石墨烯层。在本发明中，所述衬底优选为铜箔。在本发明的实施例中，在衬底上制备石墨烯层的方法包括以下步骤：

将衬底置于CVD炉的石英管中部，将石英管中的压力抽至0.01Pa，然后充入氢气(流量为5.5sccm)，并在45min内加热至生长温度1030℃；随后充入甲烷(流量为5.5sccm)，压力为18.40Pa，保温保压生长5min；当生长结束后，保持氢气和甲烷的流量不变，切断加热电源，自然冷却至室温，在衬底上得到石墨烯层(厚度小于1nm)。

在衬底上制备石墨烯层后，本发明优选利用聚甲基丙烯酸甲酯将所述石墨烯层转移至柔性绝缘基底的单面，在所述柔性绝缘基底的单面依次形成粘结层和石墨烯层；在本发明的实施例中，具体包括以下步骤：

将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶于苯甲醚中，配制成质量分数为2％的PMMA溶液，用胶头滴管吸取PMMA溶液滴涂于石墨烯层的表面，然后放于热烘板上95℃加热，直至苯甲醚挥发完全，在所述石墨烯层的表面形成PMMA层(即粘结层)，得到石墨烯复合薄膜；之后将附着有石墨烯复合薄膜的衬底置于1mol/L的氯化铁溶液中，待衬底完全溶解，将所得石墨烯复合薄膜用去离子水反复冲洗后转移至柔性绝缘基底上(其中，PMMA层与柔性绝缘基底接触，石墨烯层暴露于空气环境中)，用氮气吹平，之后再次放于热烘板上80℃加热，以保证石墨烯层和柔性绝缘基底通过PMMA层的胶粘作用紧密贴合。

在本发明中，所述柔性绝缘基底的制备方法，优选包括以下步骤：

将基底材料和固化剂搅拌混合均匀后抽真空至没有气泡为止，在加热条件下进行固化，得到柔性绝缘基底。

本发明优选根据基底材料的种类选择相应的固化剂，并进一步选择合适的固化条件，同时可以根据所需柔性绝缘基底的尺寸在合适的模具中进行所述固化，本发明对此不作特殊限定。在本发明的实施例中，以聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底为例，制备方法具体包括以下步骤：

按质量比10：1称取液体PDMS和固化剂(液体PDMS和固化剂成套搭配购买于美国dowcorning公司)，用玻璃棒搅拌混合10min之后用真空泵抽去多余的气泡，倒入长方体无盖纸质容器里，然后再次抽真空至没有气泡为止，放入烘箱中85℃加热45min进行固化，得到长方形片状PDMS基底(厚度为5cm)。

在柔性绝缘基底的单面叠层设置粘结层和石墨烯层后，本发明通过导线将石墨烯层相对的两端与单片机的两端相连，得到阀门漏水报警装置。在本发明中，通过导线将所述石墨烯层相对的两端与单片机的两端相连的方法，优选包括以下步骤：

用导电银胶将两根导线分别封装在所述石墨烯层相对的两端，将所述导线的另外两端与单片机的两端相连。

本发明对于所述封装的具体操作步骤没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可；本发明对于所述导线与单片机的连接方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

制备石墨烯层，包括以下步骤：

选择铜箔为衬底，将铜箔置于CVD炉的石英管中部，将石英管中的压力抽至0.01Pa，然后充入氢气(流量为5.5sccm)，并在45min内加热至生长温度1030℃；随后充入甲烷(流量为5.5sccm)，压力为18.40Pa，保温保压生长5min；当生长结束后，保持氢气和甲烷的流量不变，切断加热电源，自然冷却至室温，在铜箔上得到石墨烯层(厚度小于1nm)。

制备聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底，包括以下步骤：

按质量比10：1称取液体PDMS和固化剂(液体PDMS和固化剂成套搭配购买于美国dowcorning公司)，用玻璃棒搅拌混合10min之后用真空泵抽去多余的气泡，倒入长方体无盖纸质容器里，然后再次抽真空至没有气泡为止，放入烘箱中85℃加热45min进行固化，得到长方形片状PDMS基底(厚度为3cm)。

制备阀门漏水报警装置，包括以下步骤：

将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶于苯甲醚中，配制成质量分数为2％的PMMA溶液，用胶头滴管吸取PMMA溶液滴涂于石墨烯层的表面，然后放于热烘板上95℃加热，直至苯甲醚挥发完全，在所述石墨烯层的表面形成PMMA层，得到石墨烯复合薄膜(厚度为250nm)；之后将附着有石墨烯复合薄膜的铜箔置于1mol/L的氯化铁溶液中，待铜箔完全溶解，将所得石墨烯复合薄膜用去离子水反复冲洗后转移至PDMS基底上(其中，PMMA层与PDMS基底接触，石墨烯层暴露于空气环境中)，用氮气吹平，之后再次放于热烘板上80℃加热，以保证石墨烯层和PDMS基底通过PMMA层的胶粘作用紧密贴合；

用导电银胶将两根导线分别封装在所述石墨烯层相对的两端，将所述导线的另外两端与单片机的两端相连，得到阀门漏水报警装置。

做实验模拟阀门漏水情况，对本实施例制备的阀门漏水报警装置进行性能测试，具体如下：

用移液枪取自来水，自来水滴落在石墨烯层上(滴加距离为5cm)，便会产生电压脉冲，每滴一次液滴便会有一个电压脉冲出现。实验结果如图3所示，由图3可知，液滴量越大、滴落速度越大时，电压幅值越高，说明本发明提供的阀门漏水报警装置可以实现阀门漏水的检测，且灵敏度高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种阀门漏水报警装置，其特征在于，包括单片机和依次叠层设置的柔性绝缘基底、粘结层和石墨烯层，其中，所述石墨烯层相对的两端通过导线与单片机的两端相连。

2.根据权利要求1所述的阀门漏水报警装置，其特征在于，所述柔性绝缘基底的厚度为2～4cm。

3.根据权利要求1所述的阀门漏水报警装置，其特征在于，所述柔性绝缘基底包括聚二甲基硅氧烷基底或聚对苯二甲酸乙二醇酯基底。

4.根据权利要求1所述的阀门漏水报警装置，其特征在于，所述粘结层和石墨烯层的总厚度为200～300nm。

5.根据权利要求1所述的阀门漏水报警装置，其特征在于，所述粘结层的制备原料包括聚甲基丙烯酸甲酯。

6.根据权利要求1所述的阀门漏水报警装置，其特征在于，所述导线通过导电银胶封装在石墨烯层相对的两端。

7.权利要求1～6任一项所述阀门漏水报警装置的制备方法，包括以下步骤：

在柔性绝缘基底的单面叠层设置粘结层和石墨烯层，通过导线将石墨烯层相对的两端与单片机的两端相连，得到阀门漏水报警装置。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述柔性绝缘基底的单面叠层设置粘结层和石墨烯层的方法，包括以下步骤：

利用化学气相沉积法在衬底上制备石墨烯层；

利用聚甲基丙烯酸甲酯将所述石墨烯层转移至柔性绝缘基底的单面，在所述柔性绝缘基底的单面依次形成粘结层和石墨烯层。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述衬底为铜箔。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，通过导线将所述石墨烯层相对的两端与单片机的两端相连的方法，包括以下步骤：

用导电银胶将两根导线分别封装在所述石墨烯层相对的两端，将所述导线的另外两端与单片机的两端相连。