CN111142146A - 一种便携式辐射剂量计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种便携式辐射剂量计，属于能量粒子辐射剂量监测技术领域。本发明利用氧化石墨烯在不同辐射剂量作用下其内部缺陷密度和碳杂化程度发生变化而影响其电化学性能的特点，采用氧化石墨烯薄膜作为感应层，并通过金属叉指电极与电阻测试模块连接，通过对氧化石墨烯薄膜电阻的测试即实现对辐射剂量的监测。本发明所述辐射剂量计具有结构简单、体积小、质量轻以及灵敏度高的特点，在空间环境及其它辐射环境领域具有较大的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种便携式辐射剂量计，属于能量粒子辐射剂量监测技术领域。
背景技术
空间辐射环境是引起航天器材料、器件性能退化甚至失效的主要原因，同时也是影响宇航员生命健康的主要环境因素。空间辐射环境通常来源于自然辐射环境和人为辐射环境两方面，主要包括电子、质子、中子、重离子以及x射线、γ射线等。各种辐射在不同的环境中所处的能量有所不同，能量分布在很广的能区，从eV量级到GeV量级。空间辐射环境可引起航天器材料的辐射损伤和电子器件的单粒子效应，对运行于其中的中低轨道航天器在轨运行安全构成威胁，甚至还威胁到低轨道载人航天器中航天员的生命安全。因此，需要对空间辐射环境进行有效的监测。但是目前的辐射剂量测试系统，模块较多，结构复杂，不易携带。
本项发明公开了一种基于石墨烯材料的薄膜式辐射剂量传感器，通过石墨烯薄膜材料在不同辐射剂量作用下，材料内部缺陷浓度和碳杂化程度发生变化对其电学性能产生的影响，实现对不同辐射粒子作用下的剂量监测，该剂量计具有结构简单、制备成本低，灵敏度高的特点，在空间站、宇航员健康监测、舱外设备人员辐射监测及其它辐射环境领域具有较大的应用价值。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种便携式辐射剂量计，利用氧化石墨烯在不同辐射剂量作用下其内部缺陷密度和碳杂化程度发生变化而影响其电化学性能的特点，采用氧化石墨烯薄膜作为感应层，并通过金属叉指电极与电阻测试模块连接，通过对氧化石墨烯薄膜电阻的测试即实现对辐射剂量的监测，该辐射剂量计具有结构简单、体积小、质量轻以及灵敏度高的特点，在空间环境及其它辐射环境领域具有较大的应用价值。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种便携式辐射剂量计，所述辐射剂量计包括氧化石墨烯薄膜、金属叉指电极、基底以及电阻测试模块；
金属叉指电极位于氧化石墨烯薄膜与基底之间，且金属叉指电极分别与基底、氧化石墨烯薄膜相接触，金属叉指电极通过导线与电阻测试模块连接。
进一步地，氧化石墨烯薄膜的厚度为10μm～40μm，表面积为15mm×15mm～30mm×30mm，相应地，电阻变化范围为1KΩ～100MΩ；可以采用旋涂、喷涂、刮膜以及压印等方式在金属叉指电极上制备氧化石墨烯薄膜。
进一步地，金属叉指电极的材质可以选用Al、Cu、Ag以及Au等电阻率低的金属，可以结合光刻掩膜法和磁控溅射法在基底制备金属叉指电极。
进一步地，基底可以选择Si、SiC等刚性基底，也可以选择聚四氟乙烯、环氧树脂、聚酰亚胺等柔性基底。
本发明所述辐射剂量计的工作原理：受到环境中粒子辐照后，随辐照剂量的变化，氧化石墨烯薄材料的缺陷浓度、sp2碳和氧含量发生变化，诱导氧化石墨烯发生不同程度的还原反应，而缺陷数量和碳的杂化程度以及含氧量对其电阻有显著的影响作用，因此，通过测试氧化石墨烯薄膜的电阻变化可实现辐射剂量的监测。
有益效果：
本发明利用氧化石墨烯经过粒子辐照后缺陷浓度和碳杂化程度的变化会对其电化学性能产生显著作用的特殊性，通过测试氧化石墨烯薄膜的电阻值的变化可以实现对环境中粒子辐射剂量的监测；由于氧化石墨烯材料对于电阻变化的高灵敏度，可以保证辐射剂量计测试的高灵敏度；另外，氧化石墨烯薄膜质量轻、易弯折的特性，能够实现在飞行器上任意位置进行探测器搭载，同时较轻的质量及较小的感应面积能够提升飞行器的搭载能力。本发明所述的辐射剂量计具有结构简单、体积小、质量轻以及灵敏度高的特点，在空间环境及其它辐射环境领域具有较大的应用价值。
附图说明
图1为本发明所述辐射剂量计的结构示意图。
其中，1-金属叉指电极，2-氧化石墨烯薄膜，3-基底，4-导线，5-电阻测试模块，6-辐照源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
实施例1
一种便携式辐射剂量计包括氧化石墨烯薄膜2、金属叉指电极1、基底3以及电阻测试模块5，金属叉指电极1位于氧化石墨烯薄膜2与基底3之间，且金属叉指电极1分别与基底3、氧化石墨烯薄膜2相接触，金属叉指电极1通过导线4与电阻测试模块5连接；
本实施例所述辐射剂量计的具体制备步骤如下：
(1)选用单抛Si片作为基底3，利用丙酮、去离子水对基底3进行超声清洗3次，再利用氮气吹扫干燥，备用；
(2)先利用光刻法在基底3上沉积图形化的叉指电极掩膜，然后通过磁控溅射的方法在基底3上沉积得到金属叉指电极1，并从金属叉指电极1上引出导线4与电阻测试模块5(本实施例选用电阻测试仪)连接；本实施例中金属叉指电极1的材质选用Au，共沉积四对金属叉指电极1，每一个金属叉指电极1的宽度和厚度分别为100μm和200nm；
(3)在2L的烧杯中分别加入浓硫酸(230mL，98wt％)和硝酸钠(5g)，冰浴条件下再加入325目天然石墨粉(10g)，搅拌3h混合均匀后加入高锰酸钾(30g)，继续搅拌30min，将反应温度恢复到室温，然后加热回流20min，再加入去离子水(1.2L)以及双氧水(30wt％，25mL)使溶液由棕褐色变为金黄色，抽滤并用稀盐酸水溶液对产物进行多次洗涤，获得氧化石墨稀溶液；然后将氧化石墨烯溶液滴加在金属叉指电极1的表面，并采用旋转涂布仪涂布，涂布完成后再置于50℃的烘箱中干燥30min，得到厚度为15μm的氧化石墨烯薄膜2，即完成所述辐射剂量计的制备。
应用于不同粒子辐照剂量时，可以改变氧化石墨烯薄膜2的尺寸。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种便携式辐射剂量计，其特征在于：所述辐射剂量计包括氧化石墨烯薄膜(2)、金属叉指电极(1)、基底(3)以及电阻测试模块(5)；
金属叉指电极(1)位于氧化石墨烯薄膜(2)与基底(3)之间，且金属叉指电极(1)分别与基底(3)、氧化石墨烯薄膜(2)相接触，金属叉指电极(1)通过导线(4)与电阻测试模块(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种便携式辐射剂量计，其特征在于：氧化石墨烯薄膜(2)的厚度为10μm～40μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种便携式辐射剂量计，其特征在于：氧化石墨烯薄膜(2)的表面积为15mm×15mm～30mm×30mm。
4.根据权利要求1所述的一种便携式辐射剂量计，其特征在于：金属叉指电极(1)的材质为Al、Cu、Ag或Au。
5.根据权利要求1所述的一种便携式辐射剂量计，其特征在于：基底(3)的材质为Si、SiC、聚四氟乙烯、环氧树脂或聚酰亚胺。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200512 |