[发明专利]一种基于石墨烯材料的原子氧传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯材料的原子氧传感器及其制备方法。使用本发明能够有效实现原子氧通量测量，且具有比表面积大、敏感度高、剥蚀率稳定、无毒性、低成本且制备工艺简单的优点。本发明的原子氧传感器采用还原型氧化石墨烯薄膜作为原子氧传感器的敏感层，利用还原型氧化石墨烯薄膜的疏松多孔结构，可以充分与空间原子氧相接处，利用rGO材料中C原子与O原子相互作用后生成CO_x挥发型气体脱离敏感膜，导致还原型氧化石墨烯材料的电阻变化这一特性，通过测试电阻的变化过程就可以动态的获得空间环境中的原子氧的浓度。由于rGO有较大的比表面积以及石墨烯材料对于电阻变化的高灵敏，对于空间环境中原子氧探测来说具有较高的灵敏度。

技术领域

本发明涉及原子氧传感器技术领域，具体涉及一种基于石墨烯材料的原子氧传感器及其制备方法。

背景技术

在低地球轨道上(200km～700km)，大气残余气体中的氧分子在太阳紫外线的光致解离下变为原子氧，原子氧的化学活性要比分子氧高得多；同时，由于低地球轨道上的航天器的典型速度为8km/s左右，其与原子氧的碰撞动能为5.3eV；所以，异常剧烈的高温氧化反应加上原子氧粒子对航天器表面高速碰撞的冲刷作用，将对航天器表面产生严重的剥蚀。原子氧通量测量是研究原子氧效应与防护工作的基础，是评估航天器材料和部件使用寿命的重要参数。

目前，空间已有的在轨原子氧传感器敏感层材料以石墨膜、银膜、锇膜以及半导体氧化物薄膜几种材料为主。以上几种敏感介质由于材料特性，在应用过程中都具有一定的局限性，例如：石墨膜对低通量的原子氧敏感性较低，导致传感器的检测限较高；银膜在与原子氧发生反应后生成的致密的氧化层影响传感器的线性度；锇膜与原子氧发生反应后生成的氧化锇具有毒性，同时该产物容易二次沉积导致飞行器发生污染；半导体氧化物薄膜容易受到紫外光的干扰，不利于信号的获取。另外，半导体氧化物薄膜通常结构相对复杂，制造成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于石墨烯材料的原子氧传感器及其制备方法，还原型氧化石墨烯膜作为原子氧传感器的敏感层，能够有效实现原子氧通量测量，且具有比表面积大、敏感度高、剥蚀率稳定、无毒性、低成本且制备工艺简单的优点。

本发明的基于石墨烯材料的原子氧传感器，包括基底、电极和敏感层，其中，所述原子氧传感器的敏感层为还原型氧化石墨烯薄膜。

进一步的，所述基底为刚性基底或柔性基底。

进一步的，所述刚性基底采用Si、SiO₂、Al₂O₃或SiC制备而成；所述柔性基底采用聚四氟乙烯、环氧树脂、聚酰亚胺或聚碳酸酯制备而成。

进一步的，还包括温控电极，所述温控电极制备在基底的下方。

进一步的，所述温控电极由金属材料制备而成；所述温控电极的温控范围为：25℃～40℃。

本发明还提供了上述基于石墨烯材料的原子氧传感器的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，对基底进行清洗、干燥；在基底上制备电极；

步骤2，制备还原型氧化石墨烯；

步骤3，将步骤2制备的还原型氧化石墨烯涂敷在步骤1制备好电极的基底上。

进一步的，采用光刻掩膜法将图形化的电极沉积在基底表面。

进一步的，所述步骤3中，采用旋涂、喷涂、刮膜或压印的方法将步骤2制备的还原型氧化石墨烯涂敷在步骤1制备好电极的基底上。

进一步的，还原型氧化石墨烯的制备方法如下：

步骤2.1、采用Brodie法、Staudenmaier法或Hummers法制备氧化石墨烯；