一種能標(biāo)定環(huán)境濕度變化的安全護(hù)欄的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于護(hù)欄領(lǐng)域，更具體涉及一種能標(biāo)定環(huán)境濕度變化的安全護(hù)欄。
【背景技術(shù)】
[0002]安全護(hù)欄，一般用于住宅、公路、商業(yè)區(qū)、公共場(chǎng)所等場(chǎng)合對(duì)人身安全及設(shè)備設(shè)施的防護(hù)。其材質(zhì)主要為不銹鋼所制。
[0003]在安全護(hù)欄使用過(guò)程中，其使用環(huán)境會(huì)出現(xiàn)惡劣情況，比如濕度較大的情況，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致護(hù)欄的腐蝕、故障等，現(xiàn)有的安全護(hù)欄中，一般不具有對(duì)其環(huán)境濕度檢測(cè)的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)【背景技術(shù)】存在的問(wèn)題，提供一種能標(biāo)定環(huán)境濕度變化的安全護(hù)欄。
[0005]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]—種能標(biāo)定環(huán)境濕度變化的安全護(hù)欄，其特征在于，所述安全護(hù)欄的底部安裝有濕敏傳感器模塊，該濕敏傳感器模塊包括從下到上依次布設(shè)的重?fù)诫s硅片、緊貼重?fù)诫s硅片的S12層、碳納米管層、位于S12層間的下電極和位于碳納米管層上的上電極，所述碳納米管層生長(zhǎng)于S12層上;所述下電極上有金屬薄膜，所述金屬薄膜從內(nèi)到外依次為具有黏附性的Cr層、導(dǎo)電導(dǎo)熱的Cu層和作為電極層的Au層，所述Cr層、Cu層和Au層的厚度依次為80nm、160nm和500nm;所述碳納米管層采用催化劑和/或光刻法實(shí)現(xiàn)其定域生長(zhǎng)，生長(zhǎng)后的所述碳納米管層采用等離子體使其產(chǎn)生羥基修飾，碳納米管層在等離子體羥基修飾之前經(jīng)過(guò)了加入微量鎢粉的醋酸和雙氧水混合溶液的處理;所述金屬薄膜的表面緊貼有感測(cè)細(xì)菌生長(zhǎng)的細(xì)菌酶膜層，該細(xì)菌酶膜層與金屬薄膜一起形成感測(cè)水分的細(xì)菌濕敏感測(cè)器;所述下電極和上電極上連接有一個(gè)用于和客戶(hù)端通信連接的微控處理器。
[0007]優(yōu)選地，所述濕敏傳感器的制作包括以下步驟:
[0008]Sl = S12層制作:取所述重?fù)诫s硅片，將其放入管式爐中，按照10°C/min的速率升溫到500°C，保溫12h，然后自然冷卻至室溫，即可在重?fù)诫s硅片表面形成S12層；
[0009]S2:下電極制作:將步驟SI中制得的有S12層的重?fù)诫s硅片依次使用丙酮、乙醇、去離子水清洗15min后烘干，在其表面旋涂光刻膠，使用下電極掩模版對(duì)其曝光，120°C烘干2min后顯影、烘干，在CHF3氣氛下干法刻蝕Si02層，刻蝕30min，將刻蝕Si02層清洗后的重?fù)诫s硅片放入磁控濺射儀中，在低于1.5X10—3pa真空下依次磁控濺射Cr層、Cu層和Au層;將磁控濺射好Cr層、Cu層和Au層的下電極(I)表面固定上細(xì)菌酶膜，然后清洗光刻膠;所述重?fù)诫s硅片的尺寸大小為2cmX 2cm;
[0010]S3:氣噴催化劑薄膜，步驟如下:
[0011]a.使用Fe/Ni納米粒子作為碳納米管生長(zhǎng)的催化劑，首先，對(duì)帶有下電極的重?fù)诫s硅片旋涂光刻膠，采用催化劑的定域掩模版對(duì)其進(jìn)行曝光，然后經(jīng)過(guò)顯影，清洗備用；
[0012]b.配制催化劑Fe/Ni的分散液:分別稱(chēng)取200mg、50mg的Fe納米粒子和Ni納米粒子，將其加入60ml的98 ^H2SO4和40ml的69 %的HNO3混合溶液中，在80°C水浴中超聲3h，然后用去離子水清洗后過(guò)濾，得到干燥的Fe/Ni混合納米粒子，然后稱(chēng)取10mg的Fe/Ni納米粒子，加入500ml的去離子水中，充分?jǐn)嚢韬蟮玫紽e/Ni混合納米粒子的分散液；
[0013]c.使用高純氮?dú)庾鳛闅鈬娸d體，調(diào)節(jié)噴筆與重?fù)诫s硅片之間的水平和垂直距離，使分散液的溶劑到達(dá)基片上時(shí)剛好揮發(fā)為準(zhǔn)，氣噴5次，每次氣噴20s，使形成一層均勻的厚度約為20nm的催化劑Fe/Ni的混合納米粒子薄膜；
[0014]S4: CVD法生長(zhǎng)碳納米管:
[0015]碳納米管反應(yīng)氣源為CHjPH2的混合氣體，首先將帶有圖案化催化劑粒子的重?fù)诫s硅片進(jìn)行清洗，去除光刻膠，放入反應(yīng)腔中；然后抽真空，達(dá)到真空要求后通入氫氣，施加微波使反映腔中產(chǎn)生等離子體;加熱襯底使其達(dá)到一定的溫度并保持40min，通入甲烷氣體，此時(shí)碳納米管開(kāi)始生長(zhǎng);在生長(zhǎng)過(guò)程中腔中真空度保持不變;經(jīng)過(guò)1min左右，關(guān)閉微波源和射頻加熱器，停止通入甲烷氣體，關(guān)閉氫氣，通入氬氣，取出重?fù)诫s硅片的襯底，得到圖案化的碳納米管；
[0016]S5:等離子體處理碳納米管:
[0017]a.首先將40ml的60 %醋酸和20ml的10 %的雙氧水放入燒杯，充分混合，在其中加入微量鎢粉，然后將生長(zhǎng)有圖案化碳納米管的重?fù)诫s硅片的襯底放入，靜置2h;
[0018]b.把生長(zhǎng)有碳納米管的重?fù)诫s硅片的襯底送進(jìn)等離子體發(fā)生器中，抽真空至1.0X 10—1Pa以下，然后以惰性氣體N2為載氣，將反應(yīng)物氨水隨N2氣流帶入儀器中，使氣流流速穩(wěn)定在20mL/min，等待lh，打開(kāi)功率源，調(diào)節(jié)至50W，儀器中產(chǎn)生輝光，在等離子體作用下，氣體分子價(jià)鍵被破壞，大量羥基產(chǎn)生，碳納米管在醋酸和雙氧水的環(huán)境中經(jīng)過(guò)鎢粉的作用，碳納米管被產(chǎn)生的羥基修飾，等離子體處理30min后，關(guān)閉功率源，取出襯底；
[0019]S6:制備上電極:將步驟SI?S5中得到的重?fù)诫s硅片用臭氧清洗20min，覆蓋上電極的陶瓷掩模版，然后將重?fù)诫s硅片放入磁控濺射儀中，在低于1.5 X 10—3pa真空下濺射具有Au層的上電極，其中，Au層的厚度約200nm;
[0020]S7:焊接封裝:分別用引線使上電極和下電極連接，對(duì)所述濕敏傳感器進(jìn)行封裝，并把數(shù)字電橋與碳納米管電容式濕敏傳感器焊接，數(shù)字電橋用來(lái)讀取在濕度變化環(huán)境下濕敏傳感器的電容變化，以此來(lái)標(biāo)定水蒸氣濃度。
[0021 ] 優(yōu)選地，步驟S2中旋涂光刻膠的參數(shù)如下設(shè)置:低速900rpm ,15s；高速3500rpm，50so
[0022]本發(fā)明的有益之處在于:
[0023](I)本發(fā)明的實(shí)施例所提供的一種能標(biāo)定環(huán)境濕度變化的安全護(hù)欄，在安全護(hù)欄的底部設(shè)置有濕敏傳感器，該濕敏傳感器為電容式濕敏傳感器，下電極與重?fù)诫s硅片、上電極與碳納米管均形成歐姆接觸;下電極與硅片相連并與上電極形成電容的兩個(gè)極板，S12層與碳納米管為電容之間的介質(zhì)，當(dāng)器件所處環(huán)境濕度發(fā)生變化時(shí)，水蒸氣分子與碳納米管相互作用，導(dǎo)致碳納米管的電學(xué)性質(zhì)變化，即電容的介電常數(shù)變化，因此從輸出結(jié)果可以監(jiān)測(cè)環(huán)境的濕度變化。并且該濕敏傳感器響應(yīng)速度快，靈敏度高，制作過(guò)程簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)工藝的可重復(fù)性高，易于批量生產(chǎn)。
[0024](2)本發(fā)明的實(shí)施例所提供的一種能標(biāo)定環(huán)境濕度變化的安全護(hù)欄，所采用的濕敏傳感器，對(duì)生長(zhǎng)后的碳納米管進(jìn)行等離子體處理，使碳納米管修飾上羥基基團(tuán)，由于其對(duì)水分子強(qiáng)相互作用，促進(jìn)碳納米管對(duì)水蒸氣的吸附作用，進(jìn)而增大了碳納米管的濕敏性能，并且在其電極上緊貼有感測(cè)細(xì)菌生長(zhǎng)的細(xì)菌酶膜層，該細(xì)菌酶膜層與金屬薄膜一起形成感測(cè)水分的細(xì)菌濕敏感測(cè)器;該細(xì)菌酶膜通過(guò)感測(cè)細(xì)菌生長(zhǎng)量進(jìn)而感測(cè)環(huán)境濕度，可以雙重感測(cè)濕度，解決了傳統(tǒng)濕敏傳感器在金屬薄膜長(zhǎng)期使用后性能下降的問(wèn)題。
[0025](3)本發(fā)明的實(shí)施例所提供的一種能標(biāo)定環(huán)境濕度變化的安全護(hù)欄，所采用的濕敏傳感器的電極連接有一個(gè)微控處理器，用于連接移動(dòng)客戶(hù)端，用戶(hù)可以通過(guò)客戶(hù)端來(lái)查看濕度情況。
【附圖說(shuō)明】
[0026]利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。
[0027]圖1為本發(fā)明的不意圖。
[0028]圖2為本發(fā)明的實(shí)施例所提供的濕度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]碳納米管是碳的一種同素異形體，其結(jié)構(gòu)為:徑向尺寸為納米量級(jí)，軸向尺寸為微米量級(jí)，管子兩端基本上都封口。它是由碳原子形成的六角密堆石墨片層卷成的無(wú)縫中空的管體，是一種準(zhǔn)一維量子材料。由一層石墨卷曲而成為單壁碳納米管(SWNT)，多壁碳納米管(MWNT)由數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管構(gòu)成。碳納米管具有良好的力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度是鋼的100倍，擁有良好的柔韌性，硬度與金剛石相當(dāng)，是理想的高強(qiáng)度纖維材料。碳納米管一般采用電弧放電、激光蒸發(fā)和化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)方法。研究表明，碳納米管已顯示出對(duì)水蒸氣、氨氣、二氧化氮、氫氣、甲烷、二氧化硫、硫化氫和氧氣等氣體的響應(yīng)。
[0030]濕度描述環(huán)境中含水汽或水分子多少的物理量，濕敏元件是指對(duì)環(huán)境濕度具有響應(yīng)或能將環(huán)境濕度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的可測(cè)量信號(hào)(比如電阻、電容、頻率等)的元件。濕度傳感器把環(huán)境濕度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置，其在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境檢測(cè)、家用電器、氣象、工程控制等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。濕度傳感器的核心是濕敏材料，其是利用吸附效應(yīng)直接吸附大氣中的水分子，使材料的電學(xué)特性等發(fā)生變化，從而檢測(cè)濕度的變化。碳納米管具有非常大的比表面積，與周?chē)慕橘|(zhì)之間有很強(qiáng)的相互作用，因此對(duì)外部環(huán)境的濕度等十分敏感，具有明顯的濕敏特性。
[0031]碳納米管電容式傳感器主要通過(guò)介電層介電常數(shù)的改變進(jìn)而引起可測(cè)量的電容變化來(lái)對(duì)待測(cè)氣體進(jìn)行檢測(cè)。