[发明专利]一种输送矿物的防腐耐磨管道

摘要

本发明公开了一种输送矿物的防腐耐磨管道，所述管道从内到外依次包括六方龟甲网层、隔热层、玻璃纤维层、隔热加强层、石英胶泥层和外壳层；所述六方龟甲网层内等间距布设有气体检测器。

主权项

1.一种输送矿物的防腐耐磨管道，其特征在于，所述管道从内到外依次包括六方龟甲网层、隔热层、玻璃纤维层、隔热加强层、石英胶泥层和外壳层；所述六方龟甲网层内等间距布设有气体检测器；所述六方龟甲网层厚度为5～10mm，所述隔热层厚度为8～20mm；所述气体检测器沿所述管道长度方向设置；所述气体检测器(12)包括敏感模块(10)和数据读取模块(20)，所述敏感模块(10)放置在中空结构带有透气孔的外壳中；该敏感模块(10)包括硅片衬底、PANI膜(4)、Ni膜(5)、HKUST‑1膜(6)和BSP膜(7)；所述硅片衬底包括硅片(1)、氮化硅膜(2)和Cr膜层(3)，氮化硅膜(2)用作绝缘层，Cr膜层(3)用作叉指电极层；所述Ni膜(5)采用磁控溅射法制备，厚度为10nm；所述HKUST‑1膜(6)的厚度为2～60μm；所述Cr膜层(3)与数据读取模块(20)导电连接；所述敏感模块(10)的制作包括如下步骤：步骤一，制备硅片衬底：取N型硅片，裁剪尺寸为5cm×1cm，依次经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，超声时间为30min，然后用氮气枪吹干；将清洗过的硅片放入PECVD设备，沉积一层氮化硅薄膜，厚度约200nm；将硅片清洗，旋涂一层光刻胶，光刻胶参数为低速900rpm旋涂13s，高速4500rpm旋涂50s；然后覆盖叉指电极掩模版，曝光7s，显影65s；放入磁控溅射仪中，磁控溅射Cr膜，作为叉指电极层，厚度为500nm，随后清洗掉硅片表面光刻胶；步骤二，制备微腔：将经步骤一处理的硅片衬底，先用75％乙醇溶液将其表面擦拭干净，采用火焰加热法，将硅片衬底置于火焰上，从一端开始，每间隔1cm拉制一次，以形成2个锥状的微腔；微腔结构增强了敏感模块的灵敏度，进而气体检测器的检测能力得到增强，使其对氢气的吸附能力极强；步骤三，制备PANI膜：取一定量的聚苯胺溶解在二甲基甲酰胺中形成饱和溶液，采用旋涂‑提拉法将饱和溶液旋涂到经步骤二处理过的硅片衬底的表面，旋涂的速度为3000rpm，旋涂10s，然后在100℃的烘箱中干燥过夜，在硅片衬底表面得到PANI膜；采用的气体感测模块由于基于电阻型的金属有机骨架材料，且金属有机骨架材料成膜于聚苯胺膜上，由于聚苯胺具有强烈的导电性，因此，进一步增强了气体感测模块的灵敏度，进而使气体检测器对气体的敏感程度得到大幅度的加强；步骤四，制备HKUST‑1膜：1)将硅片衬底放入磁控溅射中，本底真空低于1.5×10‑3Pa，磁控溅射10nm的Ni膜(5)，硅片取出待用；2)称取H3BTC 0.336g于另一个小烧杯中，用19.2mL乙醇完全溶解得无色透明溶液，称取Cu(NO3)2·3H2O 0.7g于小烧杯中，用19.2mL去离子水溶解，将H3 BTC溶液沿烧杯壁倒入Cu(NO3)2·3H2O溶液中搅拌半小时，得到浅蓝色的HKUST‑1母液；将配制好的HKUST‑1母液和硅片衬底置于50mL的反应釜中，利用水热合成法合成MOF膜，反应温度为135℃，反应2天后，用镊子将硅片衬底取出后用甲醇反复冲洗几次，于100℃烘干1小时，在硅片衬底上得到蓝色的HKUST‑1膜；由于采用Ni层作为金属有机骨架材料成膜的催化剂，PANI表面的Ni膜会与HKUST‑1膜反应，因此，一方面促进了HKUST‑1的成膜，另一方面提高了PANI膜与HKUST‑1膜的结合性能，使结合膜层具有更强的稳定性，从而使得由此制备而成的气体感测模块的感测性能更加稳定；步骤五，制备BSP膜：1)BSP亚微米棒生长：0.08g的In(NO3)3·x H2O和0.068g的H3BTC加入到体积为10mL的混合溶剂H2O/DMF中，其中H2O与DMF体积比为1:1，室温下搅拌10min制成A溶液，将有机光致变色化合物0.057mmol的BSP加入到A溶液中，暗处搅拌1小时；2)成膜：将BSP溶液旋凃硅片/PANI/HKUST‑1膜上成膜，旋凃的速度为5000rpm，旋凃时间为5秒；由于在其使用的气体敏感模块的制备过程中，在其表面加入了具有荧光性能的BSP变色分子，该变色分子在电磁激发下，在存在易燃易爆的危险环境中发出荧光，使该检测设备能够实现定性和定量的检测环境中包括氢气在内的易燃易爆气体，能使发生危险情况的可能性降低；步骤六，敏感模块组装：将硅片衬底放入中空结构外壳中，硅片部分朝下，敏感薄膜部分朝透气小孔放置，金属线连接硅片上叉指电极与数据读取模块。