[發明專利]一種基于自供能檢測的建筑屋頂裝飾材料

在審

• 申請號: 201610023409.4
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105675662A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 蔡權
• 申請（專利權）人: 蔡權
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;H01G9/042;H01G9/20
• 代理公司: 北京高航知識產權代理有限公司 11530
• 代理人: 趙永強

1.一種基于自供能檢測的建筑屋頂裝飾材料，其特征在于：所述建筑屋頂裝飾材料的外 表面安裝檢測裝置，該檢測裝置基于自供能感測元件，并且還包括數據讀取模塊和氣體識別 模塊；該自供能感測元件包括染料敏化太陽能電池模塊(13)和氣體傳感器模塊(23)；所述 染料敏化太陽能電池模塊(13)包括對電極、光陽極以及填充于所述對電極和光陽極之間的 電解液(30)，所述對電極包括不銹鋼基底(10)、緊鄰不銹鋼基底(10)的導電催化層(20)、 設置于所述導電催化層(20)上的碳納米管(50)，所述光陽極包括ITO導電玻璃基底(40) 和位于ITO導電玻璃基底(40)上的TiO₂粒子和染料分子層(60)，所述TiO₂粒子的粒徑約 75nm，所述對電極上碳納米管(50)的長度為8μm；所述氣體傳感器模塊(23)包括硅片 襯底(11)、氧化鎢納米線(32)和Au電極(31)，所述硅片襯底(11)的表面上腐蝕有多孔 硅區域(21)，所述多孔硅區域的表面蒸鍍有一層氧化鎢膜與多孔硅一起作為檢測氣體的復合 敏感材料，所述多孔硅的孔徑為15～30nm；所述染料敏化太陽能電池模塊(13)和氣體傳感 器模塊(23)設置于表面有一直徑為0.5cm的進氣孔(53)的規格為5cm×5cm×1cm的鋁 制的長方體框架(43)內，所述染料敏化太陽能電池模塊(13)通過粘合劑粘合至所述框架 (53)的外表面，并使光陽極朝上，所述氣體傳感器模塊(23)、數據讀取模塊(33)設置于 所述框架(53)內部，所述染料敏化太陽能電池模塊(13)、所述氣體傳感器模塊(23)和數 據讀取模塊(33)通過導線連接。

2.根據權利要求1所述的建筑屋頂裝飾材料，其特征在于，

所述染料敏化太陽能電池模塊(13)的制作包括如下步驟：

S1：對電極制備：①選用厚度為0.3mm的規格為5cm×5cm的不銹鋼基底(10)，用 砂紙拋光，經過丙酮、乙醇、去離子水依次超聲清洗；②利用磁控濺射法在不銹鋼基底(10) 上鍍金屬Cr膜和Ni膜形成導電催化層(20)，所述Cr膜的厚度為300nm，所述Ni膜的厚 度為15nm；③利用CVD法，CH₄為碳源，Ni為催化劑，生長碳納米管；

S2：光陽極的制備：①分別取無水乙醇50ml、乙二醇胺2ml，在50℃水浴中攪拌使 其充分混合，在混合溶液中加入鈦酸丁酯9ml，繼續在水浴中攪拌1h，然后加入無水乙醇 10ml，在水浴中攪拌1h，靜置12h，得到TiO₂溶液，將其過濾，干燥；②取5g步驟①中 干燥的TiO₂粒子、10ml乙醇、2ml乙酰丙酮混合，放入研缽中研磨充分，制得TiO₂漿料； ③取步驟②中的適量的TiO₂漿料刮涂在清洗后的規格為5cm×5cm的ITO導電玻璃基底 (40)上，經過110℃下處理2h，然后將其浸漬在N719的乙醇溶液中6h，即得光陽極；

S3：電解液配制：0.5M碘化鋰、0.06M碘、0.1M4-叔基吡啶和0.3M1-丙基-3-甲基咪 唑碘鹽，溶劑為體積比1:1的乙腈和丙烯碳酸脂混合液；

S4：組裝：將對電極覆蓋在光陽極上，兩者之間形成50μm的空腔，邊緣利用絕緣體封 裝，將電解液(30)注入到空腔中，形成染料敏化太陽能電池模塊(13)；

所述氣體傳感器模塊(23)的制備包括以下步驟：

①切割硅片襯底(11)尺寸至2cm×2cm，放入清洗液中超聲清洗40min，清洗液為 體積比為3:1的98％濃硫酸和40％雙氧水；取出硅片襯底(11)用去離子水沖洗干凈，再放 入氫氟酸中浸泡10min，再依次用丙酮、乙醇、去離子水分別超聲清洗20min；

②采用電化學法腐蝕硅片，配制腐蝕液，腐蝕液為體積比1:3的氫氟酸(40％)和去離 子水的混合液，腐蝕電流為45mA/cm²，腐蝕時間為1h，在硅片襯底(11)表面形成大小1.5 cm×1cm的多孔硅區域(21)；

③將硅片襯底(11)放入磁控濺射儀中，在其多孔硅區域(21)表面蒸鍍一層鎢膜，厚 度為200nm，然后將硅片襯底(11)放入管式爐中，密封常壓下通入氮氣，利用CVD法450℃ 生長氧化鎢納米線；

④使用磁控濺射法在多孔硅區域(21)上制作兩個圓點狀的Au電極(31)，所述Au電 極(31)的直徑為1mm，厚度為100nm。

所述數據讀取模塊(33)通過無線通信模塊發送至設置于所述檢測裝置內部的控制器模 塊，所述控制器模塊通過無線通信模塊和GPRS模塊通信，并將由所述檢測裝置檢測到的數 據值傳輸至檢測數據基站；

進一步的，所述自供能感測元件還設置有一個氣體識別模塊(70)，所述氣體識別模塊(70) 通過導線和所述數據讀取模塊(33)連接，所述氣體識別模塊(70)主要由外殼體(71)和 與外殼體(71)拆卸式連接的氣體檢測構件(72)構成，所述氣體檢測構件(72)由擴散控 制膜層(73)、指示載體粉末(74)和玻璃管(75)構成；所述氣體檢測構件(72)的制備步 驟如下：

S1：載體的處理與活化：將篩分好的硅膠載體(90～100目)置于在600℃馬弗爐中煅 燒2h，冷卻后，裝瓶待用；

S2：指示載體的制備：量取一定量的原始液放入一容器中，倒入一定量的活化載體，邊 加邊攪拌，直至混合均勻，上層清液較少為止。在空氣中自然干燥后，裝入密閉容器中待用；

S3：玻璃管的準備：遴選內徑均勻、透明度好的玻璃管(規格為ID2.0mm×OD4.0mm)， 截取成長度為30mm的玻璃管若干段，用砂紙將兩側打毛，然后依次用肥皂水、清水、蒸餾 水將玻璃管清洗干凈，晾干待用；

S4：擴散控制膜的準備：采用0.5mm厚的聚酯膜作為擴散控制膜，待聚脂膜干燥后，用 模具沖壓成外徑為2.0mm的圓形薄膜；

S5：氣體識別模塊的裝配：將擴散控制膜用粘合劑粘合到玻璃管的一側，然后稱取一定量指 示載體粉末慢慢裝入玻璃管內至玻璃管無空隙，平整后粘合另一側擴散控制膜。