CN202119746U - 一种肼的传感防护系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型揭示了一种肼的传感防护系统，包括用于检测气态肼的传感器及报警电路两部分，其中传感器包括底层、传感层和电极层，底层为柔性衬底，柔性衬底的表面中间部分设有传感层，传感层的两侧与之相接设有电极层，电极层分别位于传感层两侧的两个电极接入报警电路。本实用新型可以应用在任何密闭容器内壁或任何材料表面上，通过传感层薄膜电阻的变化，来监测肼蒸气的浓度，传感器一旦失效，可直接更换传感层薄膜，操作简便；采用全印刷方法制备传感器，成本低廉，可低成本持续发挥对肼蒸气的监视功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种重毒性污染物的传感防护系统，尤其涉及一种有机物薄膜传感器、并用于检测气态肼的传感防护系统。
背景技术
肼是一种无色发烟的，具有腐蚀性和强还原性的液体化合物。由于它有强还原性，可以还原银等金属离子，在工业生产中被用作原料。它通常是作为喷气式发动机的燃料、火箭燃料、显影剂、发泡剂或制药原料。同时，它也是一种极毒的化学物质，能引起眼睛发炎或灼伤粘膜并能强烈腐蚀皮肤。随着经济的发展，人类应用肼进行生产的机会越来越多，人身接触肼的机率也正呈现上升的趋势。因此，在对肼运输或应用过程中，需要对容器周围是否有肼蒸气进行实时的监控，来确保人身安全。虽然国内已有三个关于气态肼的传感器专利，专利公开号分别为：CN 200710304642.0、CN 1403805A和CN101470091A，但是它们要么是关于传感薄膜的制备工艺，要么是针对火箭燃料泄漏问题而开发的传感器系统，这类传感器成本高并且制备工艺与控制复杂，使得传感器成本较高，不适合日常生活中对肼蒸气低成本监控的需要。
印刷电子学是一门新兴的交叉学科，从有机电子学发展演变过来。利用有机半导体可以制造薄膜状的晶体管和电路。目前，已经有利用有机半导体制备的RFID回路、制备场效应晶体管的报道。另一方面，印刷电子技术可以实现大规模的低成本印刷，而且不利用酸性物质的腐蚀工艺，保护环境，整个制作工艺对人身体伤害较小，优于传统的半导体制造工艺。
实用新型内容
本实用新型的目的是以印刷电子学技术为基础，提出一种基于全印刷工艺、电阻变量检测的气态肼传感防护系统，解决气态肼污染检测上的传感薄膜低成本应用问题。
本实用新型将通过以下技术方案得以实现：
一种肼的传感防护系统，包括用于检测气态肼的传感器及报警电路两部分，其特征在于：所述传感器包括底层、传感层和电极层，所述底层为柔性衬底，所述柔性衬底的表面中间部分设有传感层，所述传感层的两侧与之相接设有电极层，电极层分别位于传感层两侧的两个电极接入报警电路。
进一步地，所述传感层为至少包括DFHCO-4TCO、P3HT的导电聚合物薄膜，传感层厚度小于500μm。
进一步地，所述电极层的厚度小于500μm，且厚于传感层的厚度。
进一步地，所述报警电路至少包括一喇叭、用于驱动喇叭的关断芯片和一个与关断芯片相连的负载电阻，所述负载电阻、传感器与关断芯片相连形成回路，所述关断芯片的状态变化驱动电压为负载电阻两端的电压。
本实用新型可以应用在任何密闭容器内壁及任何材料表面上，通过传感层的薄膜电阻的变化，来监测肼蒸气的浓度，传感器一旦失效，可直接更换传感薄膜，操作简便；采用全印刷方法制备传感器，成本低廉，可低成本持续发挥对肼蒸气的监视功能。
附图说明
图1是本实用新型肼传感器的结构示意图；
图2是本实用新型肼传感器系统的电路图。
具体实施方式
由全印刷技术制造的有机物薄膜传感器，表面有一层传感薄膜DFHCO-4TCO，当有肼蒸气靠近薄膜时候，会与DFHCO-4TCO表面发生吸附和化学反应，从而使DFHCO-4TCO的电阻发生改变。DFHCO-4TCO是n型的半导体，它的分子结构中有类似噻吩的结构，而且还有三个羰基。氧原子和硫原子都有未成化学键的孤立电子对，有和肼分子中的氢原子形成氢键的能力，故对肼分子的选择性较高。传感器的衬底采用柔性耐热绝缘聚合物，使得传感器可以适合任何形式的容器。根据n型传感器的性质，当有肼分子吸附或形成氢键固定于传感薄膜表面时，传感薄膜的电阻会变小。通过电阻的变化，来测试空气中不同浓度的肼气体。
以下便结合实施例附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详述，以使本实用新型技术方案更易于理解、掌握。
本实用新型是以印刷电子学技术为基础，全印刷制造的有机薄膜式气态肼的传感器。如图2所示，该肼的传感防护系统由全印刷的气态肼有机薄膜传感器与信号报警系统两部分构成，其中QM为用于检测气态肼的传感器。有机薄膜肼传感器QM的结构如附图1所示，包括两个电极3和4、传感层2和作为底层的柔性衬底1，所述柔性衬底1表面中间部分上打印有传感层2，而传感层2的两侧与之相接打印有电极3和4，分别接入报警电路。
本实用新型传感器的柔性衬底1采用柔性耐热绝缘聚合物，使得传感器可以适合任何形式的容器。柔性衬底1的材料至少包括PEM、PTM、PIM。传感层2为导电聚合物薄膜，所述薄膜的厚度小于500μm，导电聚合物材料为有机半导体，至少包括DFHCO-4TCO、P3HT。DFHCO-4TCO是n型的半导体，分子结构为：
它的分子结构中有类似噻吩的结构，而且还有三个羰基。氧原子和硫原子都有未成化学键的孤立电子对，有和肼分子中的氢原子形成氢键的能力，故对肼分子的选择性较高。电极3和4所用材料包括金属、非金属导电材料中的一种，如金、银或者有机导电聚合物PEDOT:PSS混合物，PEDOT和PSS的分子结构分别为：
电极3和4的厚度小于500μm，通常要比传感层更厚。
本实用新型肼传感器的制备是基于印刷电子技术，印刷电子技术是利用打印机打印电子电路为基础。制备过程中，可采用喷墨型打印机进行制备。首先将导电聚合物材料、金属或非金属导电材料调制成打印设备所需的墨水。作为电极的材料是基于有机导电聚合物PEDOT:PSS，根据用途不同溶剂也不同。制备过程中使用主要成分是PEDOT:PSS的Orgacon EL-P3040油墨来制备电极。在柔性基板上，首先利用喷墨打印机打印PEDOT:PSS的两个电极，干燥退火后得到固体电极。在两电极间再打印DFHCO-4TCO有机半导体层，退火处理，得到致密的DFHCO-4TCO传感层。
本实用新型的传感层2的主要目的是与肼蒸气发生相互作用，这个相互作用可以由电阻、电流或电压等电学性质的形式被评价。其中，本实用新型的传感层由n型有机半导体薄膜构成，当有肼蒸气靠近传感层2时，传感层2会吸附肼分子。这种吸附包含两种过程，第一种过程是物理吸附，即肼分子仅仅被物理吸附在n型传感层有机半导体薄膜的表面，不发生化学反应。第二种过程是化学吸附，肼分子与n型半导体发生类似氢键的相互作用。无论以上何种相互作用，有机半导体薄膜传感层2的电阻都会发生变化，这种电阻变化可被用来监测肼蒸气的浓度。如图2所示，该报警电路至少包括一喇叭、用于驱动喇叭Y的关断芯片(KD28)和一个与关断芯片相连的负载电阻W，负载电阻、传感器与关断芯片相连形成回路，特别地该关断芯片的状态变化驱动电压为负载电阻两端的电压。当空气清新时，传感器QM对应的电阻值较大，W上的分压较小，从而使得KD28复位，不发生警报。当有肼蒸气接触到有机半导体层时，会发生物理吸附和形成氢键的作用。传感器QM对应电阻值减小，W上分压变大，从而使得KD28激发，其脚输出高电平推动扬声器工作，发出警报信号。当肼的蒸气消失时，电路回复正常工作状态。经过多次使用后，传感器如果失效，可简便更换传感薄膜。由于印刷方法制备的薄膜传感器成本低廉，可持续发挥对肼蒸气的监视功能。
Claims (4)
1.一种肼的传感防护系统，包括用于检测气态肼的传感器及报警电路两部分，其特征在于：所述传感器包括底层、传感层和电极层，所述底层为柔性衬底，所述柔性衬底的表面中间部分设有传感层，所述传感层的两侧与之相接设有电极层，电极层分别位于传感层两侧的两个电极接入报警电路。
2.根据权利要求1所述的一种肼的传感防护系统，其特征在于：所述传感层为导电聚合物薄膜，传感层厚度小于500μm。
3.根据权利要求1所述的一种肼的传感防护系统，其特征在于：所述电极层的厚度小于500μm，且厚于传感层的厚度。
4.根据权利要求1所述的一种肼的传感防护系统，其特征在于：所述报警电路至少包括一喇叭、用于驱动喇叭的关断芯片和一个与关断芯片相连的负载电阻，所述负载电阻、传感器与关断芯片相连形成回路，所述关断芯片的状态变化驱动电压为负载电阻两端的电压。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN102636525A (zh) * | 2012-03-26 | 2012-08-15 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种气体传感器芯片及其制作方法和测量系统 |
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| RU2646419C1 (ru) * | 2016-12-19 | 2018-03-05 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Электрический сенсор на пары гидразина |
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| CN104181212B (zh) * | 2014-04-15 | 2016-09-14 | 西北大学 | 一种用于水合肼检测的电化学传感器及其应用 |
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