一種具有高靈敏濕度檢測功能的熱量回收節(jié)能裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及節(jié)能領域，具體涉及一種具有高靈敏濕度檢測功能的熱量回收節(jié)能裝置。
【背景技術】
[0002]余熱是指在已投入運營的工業(yè)企業(yè)的耗能裝置中，由于原始設計，未被合理利用的顯熱河潛熱，包括高溫廢氣余熱，爐渣余熱等。
[0003]熱量回收節(jié)能裝置可以克服上述設計缺陷，高效的利用余熱，但是現(xiàn)有相關技術中，該節(jié)能裝置一般不具備環(huán)境濕度檢測功能，大大限制了其應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術中的上述不足之處而提供一種具有高靈敏濕度檢測功能的熱量回收節(jié)能裝置。
[0005]本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn):
[0006]本發(fā)明提供了一種具有高靈敏濕度檢測功能的熱量回收節(jié)能裝置，所述節(jié)能裝置
(I)的外部安裝有ZnO基濕敏傳感器模塊(2)，其可以檢測該節(jié)能裝置工作環(huán)境中濕度情況，進而對其起到報警與保護作用;所述ZnO基濕敏傳感器模塊(2)主要由濕敏敏感元件和數(shù)據(jù)讀取元件組成，所述濕敏敏感元件為叉指電極型，包括硅片襯底(10)、S1-NPA(20)、氧化鋅納米線(30)和石墨烯層(40);所述節(jié)能裝置(I)上還設置有微處理器、LED顯示燈條和無線通信模塊;所述微處理器的輸入端與所述ZnO濕敏傳感器模塊(2)的輸出端連接，所述ZnO濕敏傳感器模塊(2)檢測值達到預設值，所述微處理器控制LED顯示燈條發(fā)出閃光，所述LED顯示燈條連接有一個蜂鳴器，LED顯示燈條閃爍的同時觸動蜂鳴器發(fā)出警報;所述無線通信模塊為CC2420無線通信模塊，所述ZnO濕敏傳感器模塊(2)可通過所述CC2420無線通信模塊發(fā)送檢測數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)基站，移動用戶終端可通過互聯(lián)網(wǎng)查看檢測結果或將檢測數(shù)據(jù)上傳至云存儲中心，形成檢測和監(jiān)測網(wǎng)絡;所述節(jié)能裝置(I)的輸出電線側壁上設置有一個用于脫濕的聚乙烯醇-乙二胺四甲叉磷酸-聚砜基膜中空纖維復合膜組件，該膜組件將聚乙烯醇-乙二胺四甲叉磷酸-聚砜基膜中空纖維復合膜固定在玻璃電極上，玻璃電極與濕敏傳感器連接;所述氧化鋅納米線(30)長度約8μηι。
[0007]優(yōu)選地，所述濕敏敏感元件的制備方法如下:
[0008]步驟一，制備S1-NPA襯底:對3cm X 3cm的硅片襯底(10)進行包括清洗去污、水熱法腐蝕制備S1-NPA襯底;①取3cm X 3cm的硅片，將硅片置于硫酸和雙氧水體積比4: I的混合溶液中，超聲處理20min，取出用去離子水清洗，以去除硅片表面的有機雜質(zhì);將硅片放置于體積比為H2O:H2O2:NH4OH= 5:2:1的混合溶液中，超聲清洗20min，隨后取出用去離子水清洗，以去除硅片表面的有機物和金屬絡合物；②利用水熱法腐蝕制備S1-ΝΡΑ:稱取1.0g的Fe(NO3).9H20倒入聚四氟乙烯中，隨后向其中加入20ml去離子水和30ml 40%的HF溶液;將上步清洗的硅片放入溶液中，加蓋放入水熱釜中，隨后將水熱釜放入干燥箱中，180°C恒溫保持30min，自然冷卻后，取出硅片清洗即得S1-NPA襯底；
[0009]步驟二，生長氧化鋅納米線:采用磁控濺射結合熱氧化法制備氧化鋅納米線;將硅納米孔柱襯底放入磁控濺射儀中，在濺射電壓220V、濺射電流0.8A條件下，磁控濺射Zn膜，厚度為50nm，隨后將其放入箱式爐中，在400°C下熱氧化法處理4h，得到直徑約30nm的氧化鋅納米線；
[0010]步驟三，生長石墨烯層:采用化學氣相沉積法制備石墨烯;首先在上步得到的襯底上磁控濺射一層金屬Ni膜，厚度約為5nm;其次，將該襯底放入管式爐中，升溫至900°C，按一定速率通入氫氣作為保護還原氣體，穩(wěn)定30min，然后，按照一定比例同時通入甲烷2h，停止通入甲烷后開始自然降溫;在Ni催化劑作用下，甲烷分子在高溫下會裂解成碳原子和氫原子，在降溫過程并且在氫氣的保護下，碳原子會沉積形成一層石墨烯薄膜；
[0011]步驟四，蒸鍍叉指電極:得到生長有氧化鋅納米線和石墨烯的硅納米孔柱襯底后，在襯底表面覆蓋叉指電極掩模版，利用磁控濺射法在其表面蒸鍍一層500nm厚的Au薄膜作為電極；
[0012]步驟五，組裝敏感元件與讀取數(shù)據(jù)元件:讀取數(shù)據(jù)元件的正負極導線連接到叉指電極上，兩部分組成氧化鋅基濕敏傳感器器件；
[0013]所述的聚乙烯醇-乙二胺四甲叉磷酸-聚砜基膜中空纖維復合膜組件的制備方法如下:
[0014]步驟一，聚砜中空纖維基膜預處理:聚砜中空纖維基膜在涂覆之前要進行預處理，用去離子水浸泡12h后，用l.0mol/Ι的鹽酸浸泡60min，去除膜表面的甘油層和其他有機溶劑;然后用1.0moI/1的氫氧化鈉溶液中和過量的鹽酸，最后用去離子水反復沖洗，使膜表面呈中性，陰干備用；
[0015]步驟二，制備聚乙烯醇-乙二胺四甲叉磷酸-聚砜中空纖維復合膜:將一定質(zhì)量的平均聚合度為1750±50的聚乙烯醇加入去離子水中，在50°C水浴中攪拌約3h至聚乙烯醇完全溶解，得到5被％聚乙烯醇均相水溶液;將溶液冷卻至室溫后加入一定量的乙二胺四甲叉磷酸，并在室溫下攪拌1.5h，靜置脫泡即得鑄膜液;將經(jīng)過預處理的聚砜基膜(截留分子量30000)在鑄膜液浸泡20min后取出，垂直固定在晾絲架上陰干;將經(jīng)過一次涂覆的膜在鑄膜液中再浸泡20min后，反向固定在晾絲架上，室溫下干燥過夜，制得所需的PVA-EDTMPA/PS中空纖維復合膜。
[0016]步驟三，固定:將聚乙烯醇-乙二胺四甲叉磷酸-聚砜中空纖維復合膜固定在玻璃電極上。
[0017]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0018]1.結構方面，本發(fā)明采用S1-NPA(硅納米孔柱)材料為基底，ZnO NWs(氧化鋅納米線)結合石墨烯為敏感材料，該結構具有極大的比表面積與良好的氣體擴散通道，大大提高了該節(jié)能裝置中敏感材料的靈敏度；
[0019]2.采用石墨烯材料可以極大的增加材料的導電率，同時水分子主要吸附在納米線與石墨烯的表面，容易脫附，測試得到該節(jié)能裝置對濕度響應的重復性良好；
[0020]3.制備過程材料消耗少，工藝的可控程度高，器件小巧輕便，易于批量生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0021]利用附圖對發(fā)明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發(fā)明的任何限制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。
[0022]圖1為本發(fā)明節(jié)能裝置的示意圖。
[0023]圖2為傳感器敏感元件部分示意圖。
【具體實施方式】
[0024]傳感器技術是能夠獲取自然、生產(chǎn)領域中各類信息的主要途徑和手段。其是一種現(xiàn)代科技的前沿技術，它是現(xiàn)代信息技術的三大支柱之一，是衡量一個國家科技發(fā)展水平的重要基準。根據(jù)定義，傳感器為能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件、轉換元件和測量電路組成?！泵舾性悄軌蛑苯痈惺鼙粶y量并將其轉換為與被測量有確定關系的電量或易變成電量的物理量的元件。轉換元件是能夠將敏感元件感受到的被測量直接轉換為有確定關系的電量的元件。測量電路是將轉換元件輸出的電信號轉換為易于處理的可用電信號的電路。
[0025]濕度是指空氣中水蒸氣的含量。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，對生產(chǎn)生活中濕度的檢測與控制有非常重要的意義，濕敏傳感器的應用也越來越廣泛，比如濕敏傳感器在諸如家用電器、汽車、工農(nóng)業(yè)等領域有著廣泛的應用。
[0026]濕敏元件是指對環(huán)境濕度具有響應或能將環(huán)境濕度轉換為相應的可測量信號的元件，其在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境檢測及工程控制等領域有著廣泛的應用。濕度傳感器的核心是濕敏材料，其是利用吸附效應直接吸附大氣中的水分子，使材料的電學特性等發(fā)生變化，從而檢測濕度的變化。氧化鋅是一種寬禁帶半導體材料，其在傳感器、太陽能電池、鋰電池、催化等領域都有廣泛的應用。而且氧化鋅材料具有制備成本低，化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性好，制備可控且形貌豐富等優(yōu)點，是一種理想的濕度傳感器材料。另外由于納米材料本身具有的形貌、結構等方面的優(yōu)勢，氧化鋅納米材料對外部環(huán)境的濕度等十分敏感，具有明顯的濕敏特性。
[0027]濕度傳感器是指利用濕敏材料吸附水分子后，被測量量發(fā)生變化的原理制成的。普遍接受的理論是空氣中的水分子吸附在敏感材料表面和晶界處時，降低了材料的表面和晶界電阻。
[0028]針對現(xiàn)有濕敏傳感器靈敏度不高、響應恢復時間長等問題，本方案基于氧化鋅納米材料，制備了具有較大比表面積的氧化鋅納米線，并結合導電率高的石墨烯材料，制成濕敏傳感器。
[0029]本發(fā)明濕敏