紫外線照射量的檢測器及檢測方法
2023-04-23 07:53:56
專利名稱：紫外線照射量的檢測器及檢測方法
技術領域：
本發明屬於一種紫外線照射量檢測技術領域，尤其涉及一種基於氧化石墨烯/光催化劑複合材料的紫外線照射量的檢測器及其製造方法和應用。
背景技術：
波長為100-400 nm的電滋波為紫外線，它是光譜中不可見的部分之一，能夠達到地面的紫外線的波長大於四0 nm，短於四0 nm的紫外線已被大氣臭氧層所吸收。在生產環境中凡是物體的溫度達1200°C以上時，輻射光譜中即可出現紫外線，如冶煉爐、電焊、氣焊等，汞石英燈、紫外線燈也可發射紫外線。紫外線對機體的作用與輻射的波長有關，波長越短，作用越強。紫外線與人類的生產、生活密切相關。紫外線具有殺菌作用，可以殺死空氣中的細菌和物體表面的細菌。因此，臨床上常利用紫外線來進行醫療器械和病室的消毒。但是，紫外線過度照射，則對機體有害。如紫外線強烈作用於皮膚時，可發生光照性皮炎，皮膚上出現紅斑、癢、水皰、水腫等；作用於中樞神經系統，可出現頭痛、頭暈、體溫升高等；作用於眼部，可引起結膜炎、角膜炎，稱為光照性眼炎。甚至，長期大量接觸紫外線可引起皮膚癌和誘發白內障。因此，監控紫外線照射量對人們的身體健康非常重要。石墨烯(GE)是一種由碳原子以Sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維平面材料，其基本重複結構單元為有機材料中最穩定的苯六元環，單層石墨烯理論比表面積高達 2630 m2/g。石墨烯具有許多優異的性質，例如，具有非常高的載流子遷移速率，室溫下電子遷移率超過15000 cm2/ (V s)，而電阻率只約10_6 Ω ^m,是目前電阻率最小的材料。由於它的電阻率極低，電子傳輸速度快，因此被預期研發出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或電晶體。製備石墨烯的一種最常用的方法是化學還原法，即將氧化石墨烯進行化學還原。 與石墨烯截然不同的是，氧化石墨烯由於具有較高的0/C比例，電阻率非常高，基本不導電。在將氧化石墨烯還原為石墨烯的過程中，隨著還原反應的進行，氧化石墨烯中的C原子由SP3雜化方式轉變為SP2雜化方式，同時，電阻率逐漸下降，由不導電逐漸變為優良的超導體。
發明內容
解決的技術問題本發明提供一種紫外線照射量的檢測器及其製造方法和應用， 通過利用光催化劑還原氧化石墨烯，在紫外線下對氧化石墨烯進行還原，通過監控還原產物石墨烯的電阻率，來監測紫外線照射量。當照射量超過預設值時，檢測器將會進行報警警示。
技術方案紫外線照射量的檢測器，包括氧化石墨烯/光催化劑複合薄片、面阻測量裝置、計算單元和報警裝置，所述氧化石墨烯/光催化劑複合薄片兩端設有面阻測試探針， 面阻測試探針與面阻測量裝置連接，面阻測量裝置的信號輸出端與計算單元的信號輸入端連接，所述計算單元包含存儲晶片，存儲晶片中儲存有面阻值-紫外線照射量標準曲線參數。該檢測器還包括報警裝置和/或顯示屏，所述計算單元的信號輸出端與報警裝置和/或顯示屏連接。上述氧化石墨烯/光催化劑複合薄片上還設有遮光片，所述遮光片與氧化石墨烯 /光催化劑複合薄片活動連接。所述面阻測量裝置為四探針測試儀。所述氧化石墨烯/光催化劑複合薄片製備方法為a、將氧化石墨烯和光催化劑混合，在研缽裡面研磨5-60 min，並混合均勻；b、採用壓片機對1-100 g的上述混合物施加壓力，進行壓片，獲得均勻的氧化石墨烯/光催化劑複合薄片；其中氧化石墨烯和光催化劑的質量比為100 1-1 100 ；壓片機施加壓力為5 -50 MPa ；所述光催化劑為TiO2, ZnO, ZrO2 或 SnO2 ο紫外線照射量的檢測器的檢測方法，步驟為A、利用已知光功率密度的紫外線照射所述已知表面積的複合薄片，調整紫外線照射時間，測量複合薄片的面阻，根據紫外線照射量=複合薄片面積χ光功率密度χ照射時間，得到面阻值-紫外線照射量標準曲線；B、 用待測紫外線照射所述薄片，並測量薄片面阻；C、用步驟B得到的面阻與標準曲線比對，得到待測紫外線的照射強度。紫外線照射量的檢測器的檢測方法，測量氧化石墨烯/光催化劑複合薄片的面積，在給定環境中，氧化石墨烯/光催化劑複合薄片接受紫外線輻射，在給定時間內測量氧化石墨烯/光催化劑複合薄片的面阻值；根據紫外線照射量=氧化石墨烯/光催化劑複合薄片面積X光功率密度X照射時間，得到面阻值-紫外線照射量標準曲線，將標準曲線錄入計算單元；將氧化石墨烯/光催化劑複合薄片插入檢測器中，氧化石墨烯/光催化劑複合薄片暴露在待測紫外線輻射中，通過測量它的面阻值，利用標準曲線比較出紫外線照射量，當超過標準曲線值，檢測器發出報警警示。有益效果
檢測器適用於需要測量紫外線照射量的人員，尤其適用於長期暴露在紫外線環境中的人員進行自我檢測，保護工作人員的身體健康；檢測器工作薄片製備工藝簡單易學，製造成本低，可以替換；檢測器中無任何有毒有害試劑，對環境友好，無汙染，對操作者無任何健康危險；檢測方法快速便捷，重現性好，效率高；檢測器輕便、可以隨身攜帶，或者貼於人體外衣表面，便於經常暴露在紫外線下的人員進行觀量。檢測器設有報警系統可以在暴露過量紫外線的時候進行光或者聲音報警，安全方便。可以根據實際需要，設置晶片中的紫外線照射量報警數值，體現檢測器的人性化。檢測器設有擋光片，在不需要測試的時候，用擋光片濾光，避免在非測試環境中複合薄片發生光催化反應，避免對測試結果帶來幹擾。
圖1為檢測器外形結構圖。1、顯示屏；2、報警裝置；3、遮光片滑槽；4、遮光片；5、氧化石墨烯/光催化劑複合薄片；6、電源開關；7、複合薄片面阻測試探針；8、機身。圖2為檢測器組成框圖。5、氧化石墨烯/光催化劑複合薄片；9、計算單元；2、報警裝置；10、面阻測試四探針測試儀；6、電源開關；12、電池。
具體實施例方式實施例1
紫外線照射量的檢測器，包括氧化石墨烯/光催化劑複合薄片5、面阻測量裝置10、計算單元9和報警裝置2，所述氧化石墨烯/光催化劑複合薄片兩端設有面阻測試探針7，面阻測試探針與面阻測量裝置10連接，面阻測量裝置10的信號輸出端與計算單元9的信號輸入端連接，所述計算單元包含存儲晶片，存儲晶片中儲存有面阻值-紫外線照射量標準曲線參數。該檢測器還包括報警裝置和/或顯示屏，所述計算單元9的信號輸出端與報警裝置2和/或顯示屏1連接。上述氧化石墨烯/光催化劑複合薄片上設有遮光片4，所述遮光片與氧化石墨烯/光催化劑複合薄片活動連接。所述面阻測量裝置為四探針測試儀。a、製備氧化石墨烯/TW2複合薄片。b、用遊標卡尺測量氧化石墨烯/TW2複合薄片直徑，計算其面積。C、用紫外燈對上述複合薄片進行照射，波長為254 nm，光功率密度為270 μ /cm2, 在照射時間分別為0 h，2 h，4 h，6 h，8 h，10 h，12 h，14 h，16 h，18 h，20 h，22 h，24 h，48 h，72 h，96 h，120 h，144 h，168 h，192 h，216 h時測量複合薄片面阻值。得到面阻值-紫
外線照射量標準曲線，將標準曲線錄入計算單元。其中紫外線照射量=複合薄片面積X光功率密度X照射時間
d、將複合薄片插入檢測器中，複合薄片暴露波長為254 nm的環境中時，檢測器利用標準曲線可以對照查詢出紫外線照射量，顯示紫外線照射量。當檢測器超過預設照射量，檢測器發出報警警示。其中複合薄片製備方法為
a、將質量比為10 1的氧化石墨烯和TW2納米顆粒混合，在研缽裡面研磨5 min，混合均勻。b、採用壓片機將1 g的上述混合物進行壓片，壓強為5 MPa，獲得均勻的氧化石墨烯/T^2複合薄片。
實施例2
紫外線照射量的檢測器，包括氧化石墨烯/光催化劑複合薄片5、面阻測量裝置10、計算單元9和報警裝置2，所述氧化石墨烯/光催化劑複合薄片兩端設有面阻測試探針7，面阻測試探針與面阻測量裝置10連接，面阻測量裝置10的信號輸出端與計算單元9的信號輸入端連接，所述計算單元包含存儲晶片，存儲晶片中儲存有面阻值-紫外線照射量標準曲線參數。該檢測器還包括報警裝置和/或顯示屏，所述計算單元9的信號輸出端與報警裝置2和/或顯示屏1連接。上述氧化石墨烯/光催化劑複合薄片上設有遮光片4，所述遮光片與氧化石墨烯/光催化劑複合薄片活動連接。所述面阻測量裝置為四探針測試儀。a、製備氧化石墨烯/ZnO複合薄片。b、用遊標卡尺測量氧化石墨烯/ZnO複合薄片的直徑，計算其面積。C、用紫外燈對上述複合薄片進行照射，波長為365 nm，光功率密度為270 μ /cm2, 在照射時間分別為 0 h，2 h，4 h，6 h, 8 h，10 h，12 h，14 h，16 h，18 h，20 h，22 h，24 h，48 h，72 h，96 h，120 h，144 h，168 h，192 h，216 h時測量複合薄片面阻值。得到面阻值-紫外線照射量標準曲線，將標準曲線錄入計算單元。紫外線照射量=複合薄片面積X光功率密度X照射時間
d、將複合薄片插入檢測器中，複合薄片暴露波長為365 nm的紫外線環境中時，檢測器利用標準曲線可以對照查詢出紫外線照射量，並在顯示屏顯示數值。當該數值超過預設上限值時，檢測器發出報警警示。其中複合薄片製備方法為
a、將質量比為100 1的氧化石墨烯和ZnO納米顆粒混合，在研缽裡面研磨20 min，混合均勻。b、採用壓片機將50 g的上述混合物進行壓片，壓強為50 MPa，獲得均勻的氧化石墨烯/ZnO複合薄片。 實施例3
紫外線照射量的檢測器，包括氧化石墨烯/光催化劑複合薄片5、面阻測量裝置10、計算單元9和報警裝置2，所述氧化石墨烯/光催化劑複合薄片兩端設有面阻測試探針7，面阻測試探針與面阻測量裝置10連接，面阻測量裝置10的信號輸出端與計算單元9的信號輸入端連接，所述計算單元包含存儲晶片，存儲晶片中儲存有面阻值-紫外線照射量標準曲線參數。該檢測器還包括報警裝置和/或顯示屏，所述計算單元9的信號輸出端與報警裝置2和/或顯示屏1連接。上述氧化石墨烯/光催化劑複合薄片上設有遮光片4，所述遮光片與氧化石墨烯/光催化劑複合薄片活動連接。所述面阻測量裝置為四探針測試儀。a、製備氧化石墨烯/ 複合薄片。b、用遊標卡尺測量氧化石墨烯/ 複合薄片的直徑，計算其面積。C、在自然光下對上述複合薄片進行照射，紫外線光功率密度為1 W/cm2，在照射時間分別為0 h，0. 5 h，l h, 1. 5 h，2 h，2. 5 h，3 h，3. 5 h，4 h，4. 5 h，5 h，5. 5 h，6 h時用四
探針測試儀測量複合薄片面阻值。得到面阻值-紫外線照射量標準曲線，將標準曲線錄入計算單元。紫外線照射量=複合薄片面積X光功率密度X照射時間
d、將複合薄片插入檢測器中，複合薄片暴露在自然光環境中時，檢測器利用標準曲線可以對照查詢出紫外線照射量，並在顯示屏顯示數值。當該數值超過預設上限值時，檢測器發出報警警示。其中複合薄片製備方法為a、將質量比為1 :100的氧化石墨烯和^O2納米顆粒混合，在研缽裡面研磨60 min，混合均勻。b、採用壓片機將100 g的上述混合物進行壓片，壓強為25 MPa，獲得均勻的氧化石墨烯/ZrO2複合薄片。 實施例4
紫外線照射量的檢測器，包括氧化石墨烯/光催化劑複合薄片5、面阻測量裝置10、計算單元9和報警裝置2，所述氧化石墨烯/光催化劑複合薄片兩端設有面阻測試探針7，面阻測試探針與面阻測量裝置10連接，面阻測量裝置10的信號輸出端與計算單元9的信號輸入端連接，所述計算單元包含存儲晶片，存儲晶片中儲存有面阻值-紫外線照射量標準曲線參數。該檢測器還包括報警裝置和/或顯示屏，所述計算單元9的信號輸出端與報警裝置2和/或顯示屏1連接。上述氧化石墨烯/光催化劑複合薄片上設有遮光片4，所述遮光片與氧化石墨烯/光催化劑複合薄片活動連接。所述面阻測量裝置為四探針測試儀。a、製備氧化石墨烯/SnA複合薄片。b、用遊標卡尺測量氧化石墨烯/SnA複合薄片的直徑，並計算其面積。C、在自然光下對上述複合薄片進行照射，光功率密度為1 W/cm2，在照射時間分別為 0 h, 10 h，20 h，30 h，40 h，50 h，60 h，70 h，80 h，90 h，100 h，120 h 時測量複合薄片
面阻值。得到面阻值-紫外線照射量標準曲線，將標準曲線錄入計算單元。紫外線照射量=複合薄片面積X光功率密度X照射時間
d、將複合薄片插入檢測器中，複合薄片暴露在自然光環境中時，檢測器利用標準曲線可以對照查詢出紫外線照射量，並在顯示屏顯示數值。當該數值超過預設上限值時，檢測器發出報警警示。其中複合薄片製備方法為
a、將質量比為1 :1的氧化石墨烯和SnA納米顆粒混合，在研缽裡面研磨60 min，混合均勻。b、採用壓片機將10 g的上述混合物進行壓片，壓強為20 MPa，獲得均勻的氧化石墨烯/SnA複合薄片。_
實施例5
紫外線照射量的檢測器，包括氧化石墨烯/光催化劑複合薄片5、面阻測量裝置10、計算單元9和報警裝置2，所述氧化石墨烯/光催化劑複合薄片兩端設有面阻測試探針7，面阻測試探針與面阻測量裝置10連接，面阻測量裝置10的信號輸出端與計算單元9的信號輸入端連接，所述計算單元包含存儲晶片，存儲晶片中儲存有面阻值-紫外線照射量標準曲線參數。該檢測器還包括報警裝置和/或顯示屏，所述計算單元9的信號輸出端與報警裝置2和/或顯示屏1連接。上述氧化石墨烯/光催化劑複合薄片上設有遮光片4，所述遮光片與氧化石墨烯/光催化劑複合薄片活動連接。所述面阻測量裝置為四探針測試儀。所述氧化石墨烯/光催化劑複合薄片製備方法為a、將氧化石墨烯和光催化劑混合，在研缽裡面研磨5-60 min，並混合均勻；b、採用壓片機對1-100 g的上述混合物施加壓力，進行壓片，獲得均勻的氧化石墨烯/光催化劑複合薄片；其中氧化石墨烯和光催化劑的質量比為100 1-1 100 ；壓片機施加壓力為5 -50 MPa ；所述光催化劑為TiO2, ZnO, ZrO2 或 SnO2 ο紫外線照射量的檢測器的檢測方法，步驟為A、利用已知光功率密度的紫外線照射所述已知表面積的複合薄片，調整紫外線照射時間，測量複合薄片的面阻，根據紫外線照射量=複合薄片面積χ光功率密度χ照射時間，得到面阻值-紫外線照射量標準曲線；B、 用待測紫外線照射所述薄片，並測量薄片面阻；C、用步驟B得到的面阻與標準曲線比對，得到待測紫外線的照射強度。紫外線照射量的檢測器的檢測方法，測量氧化石墨烯/光催化劑複合薄片的面積，在給定環境中，氧化石墨烯/光催化劑複合薄片接受紫外線輻射，在給定時間內測量氧化石墨烯/光催化劑複合薄片的面阻值；根據紫外線照射量=氧化石墨烯/光催化劑複合薄片面積X光功率密度X照射時間，得到面阻值-紫外線照射量標準曲線，將標準曲線錄入計算單元；將氧化石墨烯/光催化劑複合薄片插入檢測器中，氧化石墨烯/光催化劑複合薄片暴露在待測紫外線輻射中，通過測量它的面阻值，利用標準曲線比較出紫外線照射量，當超過標準曲線值，檢測器發出報警警示。
權利要求
1.紫外線照射量的檢測器，其特徵在於包括氧化石墨烯/光催化劑複合薄片(5)、面阻測量裝置(10)、計算單元(9)和報警裝置(2)，所述氧化石墨烯/光催化劑複合薄片兩端設有面阻測試探針(7)，面阻測試探針與面阻測量裝置(10)連接，面阻測量裝置(10)的信號輸出端與計算單元(9)的信號輸入端連接，所述計算單元包含存儲晶片，存儲晶片中儲存有面阻值-紫外線照射量標準曲線參數。
2.根據權利要求1所述的紫外線照射量的檢測器，其特徵在於還包括報警裝置和/或顯示屏，所述計算單元(9)的信號輸出端與報警裝置(2)和/或顯示屏(1)連接。
3.根據權利要求1所述的紫外線照射量的檢測器，其特徵在於所述氧化石墨烯/光催化劑複合薄片上還設有遮光片(4)，所述遮光片與氧化石墨烯/光催化劑複合薄片活動連接。
4.根據權利要求1所述的紫外線照射量的檢測器，其特徵在於所述面阻測量裝置為四探針測試儀。
5.根據權利要求1所述的紫外線照射量的檢測器，其特徵在於所述氧化石墨烯/光催化劑複合薄片製備方法為a、將氧化石墨烯和光催化劑混合，在研缽裡面研磨5-60 min，並混合均勻；b、採用壓片機對1-100 g的上述混合物施加壓力，進行壓片，獲得均勻的氧化石墨烯/光催化劑複合薄片；其中氧化石墨烯和光催化劑的質量比為100 1-1 100 ；壓片機施加壓力為5 -50 MPa ；所述光催化劑為Ti02、ZnO, ZrO2或Sn02。
6.紫外線照射量的檢測器的檢測方法，其特徵在於步驟為A、利用已知光功率密度的紫外線照射權1所述已知表面積的複合薄片，調整紫外線照射時間，測量複合薄片的面阻， 根據紫外線照射量=複合薄片面積X光功率密度X照射時間，得到面阻值-紫外線照射量標準曲線；B、用待測紫外線照射所述薄片，並測量薄片面阻；C、用步驟B得到的面阻與標準曲線比對，得到待測紫外線的照射強度。
7.紫外線照射量的檢測器的檢測方法，其特徵在於測量氧化石墨烯/光催化劑複合薄片的面積，在給定環境中，氧化石墨烯/光催化劑複合薄片接受紫外線輻射，在給定時間內測量氧化石墨烯/光催化劑複合薄片的面阻值；根據紫外線照射量=氧化石墨烯/光催化劑複合薄片面積X光功率密度X照射時間，得到面阻值-紫外線照射量標準曲線，將標準曲線錄入計算單元；將氧化石墨烯/光催化劑複合薄片插入檢測器中，氧化石墨烯/光催化劑複合薄片暴露在待測紫外線輻射中，通過測量它的面阻值，利用標準曲線比較出紫外線照射量，當超過標準曲線值，檢測器發出報警警示。
全文摘要
紫外線照射量的檢測器及檢測方法，其中檢測器包括氧化石墨烯/光催化劑複合薄片、面阻測量裝置、計算單元和報警裝置，所述氧化石墨烯/光催化劑複合薄片兩端設有面阻測試探針，面阻測試探針與面阻測量裝置連接，面阻測量裝置的信號輸出端與計算單元的信號輸入端連接，所述計算單元包含存儲晶片，存儲晶片中儲存有面阻值-紫外線照射量標準曲線參數。檢測器適用於需要測量紫外線照射量的人員，尤其適用於長期暴露在紫外線環境中的人員進行自我檢測，保護工作人員的身體健康。
文檔編號B01J23/06GK102243100SQ20111009883
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月20日 優先權日2011年4月20日
發明者代雲茜, 孫嶽明, 王春龍, 趙一凡, 鄭穎平, 馬藝文, 齊齊 申請人:東南大學