一种基于石墨烯波导的空化在线监测装置的制作方法

1.本发明涉及空化在线监测领域，具体涉及一种基于石墨烯波导的空化在线监测装置。


背景技术：

2.当流体内的压力骤然变化时，气泡在流体中会迅速形成、扩大和破裂，这种现象被称为空化。空化对材料造成剥蚀，缩短设备的寿命，并产生振动和噪声等危害。监测空化对设备的正常运行非常重要。传统的监测技术有高速摄像法、涂层腐蚀法、噪声测量法等。传统空化监测技术不能实现空化的实时监测，另外传统监测技术的灵敏度不高。


技术实现要素：

3.为解决以上问题，本发明提供了一种基于石墨烯波导的空化在线监测装置，包括粘附层、绝缘层、石墨烯层、电负性材料层、电正性材料层，绝缘层置于粘附层上，石墨烯层置于绝缘层上，电负性材料层固定在石墨烯层上，电正性材料层置于电负性材料层上，电正性材料层和电负性材料层的边缘粘合。
4.更进一步地，石墨烯层中石墨烯的层数大于1层、小于10层。
5.更进一步地，电正性材料层的中部厚、边缘薄。
6.更进一步地，电负性材料层的中部薄、边缘厚。
7.更进一步地，电正性材料层与电负性材料层的界面为弧面。
8.更进一步地，电正性材料层的顶面为平面。
9.更进一步地，在石墨烯层与电负性材料层的界面处，电负性材料层中设有孔洞，孔洞不贯穿电负性材料层。
10.更进一步地，孔洞的个数为多个。
11.更进一步地，电负性材料层的材料为氟化乙烯丙烯共聚物。
12.更进一步地，电正性材料层的材料为铝。
13.本发明的有益效果：本发明提供了一种基于石墨烯波导的空化在线监测装置，包括粘附层、绝缘层、石墨烯层、电负性材料层、电正性材料层，绝缘层置于粘附层上，石墨烯层置于绝缘层上，电负性材料层固定在石墨烯层上，电正性材料层置于电负性材料层上，电正性材料层和电负性材料层的边缘粘合。应用时，粘附层粘附于文丘里管的扩张部分，用以响应文丘里管内的振动。文丘里管内的流体发生空化时，文丘里管发生强烈的振动，从而使得电正性材料层和电负性材料层分离，从而在电负性材料层产生电荷变化，从而改变了石墨烯层的介电常数，从而改变了石墨烯层的太赫兹波传播特性，通过探测石墨烯层太赫兹波传播特性的变化，实现文丘里管内空化的实时监测。因为石墨烯层的太赫兹波传播特性对石墨烯层的介电常数非常敏感，所以本发明具有空化实时监测灵敏度高的优点。
14.以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
15.图1是一种基于石墨烯波导的空化在线监测装置的示意图。
16.图2是又一种基于石墨烯波导的空化在线监测装置的示意图。
17.图3是再一种基于石墨烯波导的空化在线监测装置的示意图。
18.图4是再一种基于石墨烯波导的空化在线监测装置的示意图。
19.图中：1、粘附层；2、绝缘层；3、石墨烯层；4、电负性材料层；5、电正性材料层；6、孔洞。
具体实施方式
20.为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
21.实施例1
22.本发明提供了一种基于石墨烯波导的空化在线监测装置，如图1所示，包括粘附层1、绝缘层2、石墨烯层3、电负性材料层4、电正性材料层5。绝缘层2置于粘附层1上。粘附层1的材料不受限制，能够将绝缘层2粘附在文丘里管上的材料皆可使用。绝缘层2不吸收太赫兹波，或者对太赫兹波具有较少的吸收。优选地，绝缘层2的材料为二氧化硅。石墨烯层3置于绝缘层2上。石墨烯层3中石墨烯的层数大于1层、小于10层，以保证石墨烯层3的太赫兹波传播特性对其栅极电压的敏感性，也就是石墨烯层3的太赫兹波传播特性对电负性材料层4内电荷变化的敏感性。电负性材料层4固定在石墨烯层3上。电负性材料层4的材料为氟化乙烯丙烯共聚物。电正性材料层5置于电负性材料层4上。电正性材料层5的材料为铝。电正性材料层5和电负性材料层4的边缘粘合。振动时，电正性材料层5和电负性材料层4的中部分离。
23.本发明中，石墨烯层3被应用为太赫兹波导，用以传播太赫兹波。应用时，粘附层1粘附于文丘里管的扩张部分，用以响应文丘里管内的振动。文丘里管内的流体发生空化时，文丘里管发生强烈的振动，从而使得电正性材料层5和电负性材料层4分离，从而在电负性材料层4产生电荷变化，从而改变了石墨烯层3的介电常数，从而改变了石墨烯层3的太赫兹波传播特性。具体地，太赫兹波被耦合进入石墨烯层3的一端，在石墨烯层3的另一端探测传播过来的太赫兹波，从而确定石墨烯层3的太赫兹波传播特性。本发明通过探测石墨烯层3太赫兹波传播特性的变化，实现文丘里管内空化的实时监测。因为石墨烯层3的太赫兹波传播特性对石墨烯层3的介电常数非常敏感，所以本发明具有空化实时监测灵敏度高的优点。
24.在本发明中，文丘里管的振动，不仅改变了电负性材料层4中的电荷，相当于改变了石墨烯层3的栅极电压，从而改变了石墨烯层3的介电常数；而且改变了石墨烯层3与绝缘层2、石墨烯层3与电负性材料层4之间的界面，而石墨烯层3的太赫兹波传播特性对其界面的环境也非常敏感。这两方面均导致石墨烯层3的太赫兹波传播特性更严重地依赖于文丘里管内的空化，从而本发明能够实现更高灵敏度的空化在线监测。
25.实施例2
26.在实施例1的基础上，如图2所示，电正性材料层5的中部厚、边缘薄。也就是说，电正性材料层5的中部重、边缘轻。这样一来，电正性材料层5中部的惯性大。当文丘里管振动时，电正性材料层5与电负性材料层4的中部分离更多，从而在电负性材料层4上产生更多的
电荷，更多地改变石墨烯层3的太赫兹波传播特性，从而实现更高灵敏度的空化在线监测。应用时，将电正性材料层5的中部加工成弧形凸起或在电正性材料层5中部设置附加块均可实现本实施例的效果。因此，本实施例具有制造方法简便的优点。
27.实施例3
28.在实施例1的基础上，电负性材料层4的中部薄、边缘厚。这样一来，在电负性材料层4中部，电荷分布更集中，相当于石墨烯层3的栅极电压更大，能够更多地改变石墨烯层3的介电常数，从而实现更高灵敏度的空化在线监测。
29.实施例4
30.在实施例2
‑
3的基础上，如图3所示，电正性材料层5与电负性材料层4的界面为弧面。也就是说，弧面的曲率中心在界面的上侧。电正性材料层5的顶面为平面。本实施例同时满足了电正性材料层5的中部厚和电负性材料层4的中部薄。因此，本实施例能够实现更高灵敏度的空化在线监测。
31.实施例5
32.在实施例1的基础上，如图4所示，在石墨烯层3与电负性材料层4的界面处，电负性材料层4中设有孔洞6，孔洞6不贯穿电负性材料层4。孔洞6的个数为多个。这样一来，在石墨烯层3的表面，电负性材料层4中的电荷分布更集中，从而在石墨烯层3附近产生更强的电场，从而更多地改变石墨烯层3的太赫兹波传播特性，从而实现更高灵敏度的空化在线监测。
33.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。