基于石墨烯的气体检测方法、设备及石墨烯气体传感器技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯的气体检测方法、设备及石墨烯气体传感器，该方法包括：石墨烯气体传感器对自身所处环境中的待测气体进行检测，输出用于表征待测气体浓度的电信号；微处理器基于气体浓度值与电信号值之间的对应关系，将所输出的用于表征待测气体浓度的电信号对应的电信号值换算为待测气体浓度值。如此，本发明专利技术能够有效避免现在市面上电化学传感器存在的容易受电解质和其他物质环境影响，极易发生不可逆的化学反应，稳定性差等问题。而且，采用石墨烯气体传感器进行VOCs检测实现了监测稳定，灵敏度高，精确度高，结构简单，制造成本低，便于集成的优势。

【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯的气体检测方法、设备及石墨烯气体传感器
本专利技术涉及气体检测技术，尤其涉及一种基于石墨烯的气体检测方法、设备及石墨烯气体传感器。
技术介绍
挥发性有机物(VOCs，VolatileOrganicCompounds)包括有除一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金属碳化物、碳酸盐以及碳酸铵以外的任何参与大气中光化学反应的含碳化合物。现代生活中VOCs的污染来源很广，比如室外主要来源有燃料燃烧和交通运输产生的工业废气尾气等；室内主要来源有家用燃料、建筑装饰材料、家具家电、清洁、纤维材料等。VOCs中大部分属于有毒化合物，可能引起慢性中毒，损害肝脏、神经系统及粘膜分泌系统等；部分严重的有致癌作用，尤其对孕妇和儿童造成严重的损伤，极其容易诱发白血病等。因此，VOCs检测显得尤为重要。目前VOCs检测普遍采用电化学传感器(如电阻、电流、阻抗、电位等)、光学类传感器(如光谱吸收型、荧光等)以及半导体型气体传感器。然而，采用电化学传感器进行VOCs检测通常存在如下缺陷：1)因为受到湿度、共存干扰物质影响的情况，在低浓度测定时无法得出准确数据，必须定期维护校准；2)使用后电解质会逐渐减少，长时间使用会造成仪器的稳定性下降；3)测量范围和分辨率相互排斥，不能同时满足；4)只适用于检测大部分无机气体和小部分有机小分子气体。同样，采用半导体型气体传感器进行VOCs检测也存在明显缺陷：1)稳定性差，受环境影响较大，不适合精确测量；2)多种还原性气体会同时对检测造成干扰，选择性差。
技术实现思路
本专利技术实施例为了保证VOCs的有效检测，创造性地提供一种基于石墨烯的气体检测方法、设备及石墨烯气体传感器。根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种基于石墨烯的气体检测方法，所述方法包括：石墨烯气体传感器对自身所处环境中的待测气体进行检测，输出用于表征待测气体浓度的电信号；微处理器基于气体浓度值与电信号值之间的对应关系，将所输出的用于表征待测气体浓度的电信号对应的电信号值换算为待测气体浓度值。根据本专利技术一实施方式，在微处理器基于气体浓度值与电信号值之间的对应关系，将所输出的用于表征待测气体浓度的电信号对应的电信号值换算为待测气体浓度值之前，所述方法还包括：放大电路对所输出的用于表征待测气体浓度的电信号按照特定比例进行放大。根据本专利技术一实施方式，所述方法进一步包括：无线传输模块将所换算得到的待测气体浓度值传输至外接设备。根据本专利技术一实施方式，所述石墨烯气体传感器包括柔性基座和位于所述柔性基座上层的石墨烯电极材料；所述石墨烯气体传感器对自身所处环境中的待测气体进行检测，输出用于表征待测气体浓度的电信号，包括：当所述石墨烯气体传感器置于气体环境时，所述石墨烯电极材料表面吸附气体分子后引起电阻率变化，进而输出用于表征气体浓度的电信号。根据本专利技术实施例的第二方面，还提供一种基于石墨烯的气体检测设备，所述设备包括：石墨烯气体传感器，用于对自身所处环境中的待测气体进行检测，输出用于表征待测气体浓度的电信号；微处理器，用于基于气体浓度值与电信号值之间的对应关系，将所输出的用于表征待测气体浓度的电信号对应的电信号值换算为待测气体浓度值。根据本专利技术一实施方式，所述设备还包括：放大电路，用于在微处理器基于气体浓度值与电信号值之间的对应关系，将所输出的用于表征待测气体浓度的电信号对应的电信号值换算为待测气体浓度值之前，对所输出的用于表征待测气体浓度的电信号按照特定比例进行放大。根据本专利技术一实施方式，所述设备还包括：无线传输模块，用于将所换算得到的待测气体浓度值传输至外接设备。根据本专利技术实施例的第三方面，又提供一种石墨烯气体传感器，所述石墨烯气体传感器包括：柔性基底；位于所述柔性基底上层的石墨烯电极材料；其中，当所述石墨烯气体传感器置于气体环境时，所述石墨烯电极材料表面吸附气体分子后引起电阻率变化，进而输出用于表征气体浓度的电信号。根据本专利技术一实施方式，所述石墨烯电极材料至少包括如下材料之一：石墨烯、三维石墨烯、氧化石墨烯、氮掺杂石墨烯、氟掺杂石墨烯。根据本专利技术一实施方式，所述石墨烯电极材料为金属修饰后的石墨烯；其中，所述金属包括如下金属材料至少之一：Pd、Pt、Ag、Au、Cu、Co、Fe、Ni。本专利技术实施例基于石墨烯的气体检测方法、设备及石墨烯气体传感器，通过石墨烯气体传感器对自身所处环境中的待测气体进行检测，输出用于表征待测气体浓度的电信号；之后，再由微处理器基于气体浓度值与电信号值之间的对应关系，将所输出的用于表征待测气体浓度的电信号对应的电信号值换算为待测气体浓度值。如此，本专利技术能够有效避免现在市面上电化学传感器存在的容易受电解质和其他物质环境影响，极易发生不可逆的化学反应，稳定性差等问题。而且，采用石墨烯气体传感器进行VOCs检测实现了监测稳定，灵敏度高，精确度高，结构简单，制造成本低，便于集成的优势。需要理解的是，本专利技术的教导并不需要实现上面所述的全部有益效果，而是特定的技术方案可以实现特定的技术效果，并且本专利技术的其他实施方式还能够实现上面未提到的有益效果。附图说明通过参考附图阅读下文的详细描述，本专利技术示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本专利技术的若干实施方式，其中：在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。图1示出了本专利技术实施例石墨烯气体传感器的组成结构示意图；图2示出了本专利技术实施例基于石墨烯的气体检测方法的实现流程示意图；图3示出了本专利技术一应用示例的VOC气体检测原理流程示意图；图4示出了本专利技术实施例基于石墨烯的气体检测设备的组成结构示意图。具体实施方式下面将参考若干示例性实施方式来描述本专利技术的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本专利技术，而并非以任何方式限制本专利技术的范围。相反，提供这些实施方式是为使本专利技术更加透彻和完整，并能够将本专利技术的范围完整地传达给本领域的技术人员。下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案进一步详细阐述。图1示出了本专利技术实施例石墨烯气体传感器的组成结构示意图。参考图1，本专利技术实施例石墨烯气体传感器10为层状结构，主要包括柔性基底101和位于柔性基底101上层的石墨烯电极材料102。其中，当石墨烯气体传感器置于气体环境时，石墨烯电极材料表面吸附气体分子后引起电阻率变化，进而输出用于表征气体浓度的电信号。这里，在石墨烯气体传感器10的制作过程中，可以将石墨烯电极材料102采用丝网印刷或刮涂的方式集成附着在柔性基底101上。其中，柔性基底101可以为聚酰亚胺(PI)或聚酯(PET)柔性材料；石墨烯电极材料102可以为石墨烯、三维石墨烯、氧化石墨烯、氮掺杂石墨烯、氟掺杂石墨烯等。在实际应用中，石墨烯电极材料102通常为金属修饰后的石墨烯，即在石墨烯表面吸附沉积金属纳米颗粒。其中，金属一般可以为Pd、Pt、Ag、Au、Cu、Co、Fe、Ni等。这里，由于石墨烯独特的电子结构和比表面积大等特性，石墨烯电极材料102表面吸附气体分子后，会引起自身的电阻率变化，进而转换为输出电信号，从而实现气体检测；进一步地，经过金属修饰后的石墨烯，对应不同的VOCs会产生不同的电阻率，故能够在多种气体共存的环境中对被测气体更灵敏的响应。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯的气体检测方法，其特征在于，所述方法包括：石墨烯气体传感器对自身所处环境中的待测气体进行检测，输出用于表征待测气体浓度的电信号；微处理器基于气体浓度值与电信号值之间的对应关系，将所输出的用于表征待测气体浓度的电信号对应的电信号值换算为待测气体浓度值。

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯的气体检测方法，其特征在于，所述方法包括：石墨烯气体传感器对自身所处环境中的待测气体进行检测，输出用于表征待测气体浓度的电信号；微处理器基于气体浓度值与电信号值之间的对应关系，将所输出的用于表征待测气体浓度的电信号对应的电信号值换算为待测气体浓度值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在微处理器基于气体浓度值与电信号值之间的对应关系，将所输出的用于表征待测气体浓度的电信号对应的电信号值换算为待测气体浓度值之前，所述方法还包括：放大电路对所输出的用于表征待测气体浓度的电信号按照特定比例进行放大。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：无线传输模块将所换算得到的待测气体浓度值传输至外接设备。4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述石墨烯气体传感器包括柔性基座和位于所述柔性基座上层的石墨烯电极材料；所述石墨烯气体传感器对自身所处环境中的待测气体进行检测，输出用于表征待测气体浓度的电信号，包括：当所述石墨烯气体传感器置于气体环境时，所述石墨烯电极材料表面吸附气体分子后引起电阻率变化，进而输出用于表征气体浓度的电信号。5.一种基于石墨烯的气体检测设备，其特征在于，所述设备包括：石墨烯气体传感器，用于对自身所处环境中的待测气体进行检测，输出用于表...

【专利技术属性】
技术研发人员：周书瑶，刘兆平，吴丽琼，张楠，刘湘祁，
申请(专利权)人：宁波石墨烯创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33