一種高性能氣體傳感器的製作方法
2023-06-01 06:04:01 1
專利名稱：一種高性能氣體傳感器的製作方法
技術領域：
本發明專利涉及一種高性能氣體傳感器，包括傳感器的敏感材料的製備、傳感器結構的設計和製備、傳感器的測量與表徵。
背景技術：
隨生活水平的提高，人們開始對環境汙染、煤氣洩漏、瓦斯爆炸等採取防範措施。 這就需要性能可靠的氣體傳感器。丙酮、乙醇、甲醇、氨氣等都是生產車間中較為常見的有毒氣體，如果製備的氣體傳感器能在這些生廠車間中廣泛應用，那將為工人們的安全帶來極大的保障。此外，由於傳感器針對特定氣體具有較高的靈敏度和選擇性，還可以將傳感器人為設定成準確性較高的檢測特定氣體的傳感器。如今的交通事故多數都是由酒後駕車導致，國家法律和相關部門已經嚴格管制酒後駕車，但是這種現象仍然屢禁不止。加強駕車人員的酒精檢測，可避免酒後駕車導致的安全事故。目前酒精檢測儀主要依靠進口。這些進口傳感器的製備過程複雜，其價格昂貴，難以大規模推廣應用。本發明專利就是要解決目前國內傳感器的靈敏度不高、時間響應慢、穩定性差、壽命短以及製備成本高等問題，為傳感器的廣泛應用提供保障。氣敏傳感器的性能主要由活性材料的表面效應決定，為提高傳感器的靈敏度，採用具有大比表面積的納米材料製備氣敏傳感器。增大敏感材料的比表面積，就可以使更多的氣體分子吸附在材料表面，增加材料表面的耗盡層。零維的納米材料具有嚴重的團聚現象，而一維敏感納米材料製備的傳感器敏感膜呈網狀結構，避免了傳感器製備和工作中的材料團聚問題，因而所製備的傳感器具有穩定性好、壽命長、時間響應快等優點。本專利介紹一維敏感納米材料的製備方法，並利用一位材料製備傳感器。一維敏感納米材料的製備方法中，主要有熱蒸發法(高溫)、水熱法(高溫高壓)或高壓電紡(高電壓)等複雜的方法，而常溫常壓的低能耗方法製備一維敏感納米材料的工作還未見報導。利用表面活性劑選擇性地吸附特性，實現常溫常壓條件下一維敏感納米材料的製備。本發明專利將建立常溫常壓下製備一維敏感納米材料的方法，為高性能傳感器的低成本製備提供保障。通過對 ZnO 一維敏感納米材料摻雜等方法，進一步提高傳感器靈敏度、選擇性和響應速度。稀土氧化物具有較好的氧分解催化能力，吸附在材料表面的氧分子可以快速分散並獲取納米表面的電子，轉化為氧離子。這個過程不僅提高了吸附在材料表面氧分子的數量，還提高氧分子-氧離子的轉化速度，從而加快材料表面的電子耗盡，也增加量耗盡層的厚度，降低載流子的濃度。因此，通過摻雜稀土氧化鑭可進一步提高酒精探測的靈敏度和選擇性。
發明內容
本專利的敏感材料的製備在常溫常壓下進行，主要通過調控化學平衡方法，具體化學反應如下
權利要求
1.一種高性能氣體傳感器，其特徵在於包括以下步驟1)採用一維納米材料製作為氣體傳感器的敏感材料；2)摻雜的納米材料作為氣敏材料，提高傳感器性能；3)採用旁式結構或平面結構製備氣體傳感器；
2.如權利要求I所述一維納米材料，其特徵在於步驟I)中，一維納米材料採用常溫常壓等低成本、工藝簡單的方法製備的。
3.如權利要求I所述摻雜的納米材料作為氣敏材料，其特徵在於步驟I)中，摻雜的納米材料作為氣敏材料採用常溫常壓等低成本、工藝簡單的方法製備的。
4.如權利要求I所述採用旁式結構製備氣體傳感器，其特徵在於步驟I)中，旁式結構是指氧化鋁等絕緣陶瓷管作為傳感器基底，結構簡單，成本低。
5.如權利要求I所述採用平面結構製備氣體傳感器，其特徵在於步驟I)中，平面結構是指米用微電子技術或微機電技術(MEMS技術)製備的低功耗的傳感器結構,包括選擇娃基地、SOI基底等。
全文摘要
本發明涉及一種高性能氣體傳感器，包括傳感器的敏感材料的製備、傳感器結構的設計和製備、傳感器的測量與表徵。本發明的敏感材料的製備在常溫常壓下進行，主要通過調控化學平衡方法，具體化學反應如下，醋酸鋅裡面含有Zn2+離子，可以溶解在強鹼性溶液中。在大量氫氧根存在的條件下，可以生成Zn(OH)42-，如方程式(1)。物質Zn(OH)42-在中性溶液具有較高的化學能，不穩定，會自發反應，生成低能量、穩定的Zn(OH)2。加入無水乙醇，提供H+，使H+與過量OH-發生中和反應，溶液由鹼性變成中性，同時化學方程式向右移，生成Zn(OH)2，如方程式(2)。採用敏感材料塗敷方法，製備不同結構的氣體傳感器，包括旁路式氣體傳感器和平面式氣體傳感器等。
文檔編號G01N27/12GK102608170SQ20111029501
公開日2012年7月25日 申請日期2011年10月8日 優先權日2011年10月8日
發明者徐軍, 王仲祺, 許志 申請人:北京中科微納物聯網技術股份有限公司