以定向碳納米管層作為氣敏層的氣敏傳感器的製造方法

2024-02-06 21:55:15

專利名稱：以定向碳納米管層作為氣敏層的氣敏傳感器的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種電導型氣敏傳感器，特別涉及一種以定向碳納米管層作為氣敏層的氣敏傳感器的製造方法。
背景技術：
通常氧化物半導體型氣敏傳感器是利用待測氣體分子與氣敏傳感器的氣敏層表面發生化學吸附脫附反應導致氣敏傳感器電導率變化來檢測待測氣體分子的存在的。為了提高氣敏傳感器的靈敏度和選擇性必須在一定的環境溫度下才能工作，通常該溫度為300℃以上，在室溫條件下，現有的氧化物半導體型氣敏傳感器是無法工作的，該常用的氣敏傳感器須設置一個加熱器，有的還需添加催化劑，才能使該型氣敏傳感器有足夠的靈敏度。其缺陷是由於高溫的存在，容易使叉指電極和氣敏層老化，縮短氣敏傳感器的使用壽命，對於用於測定易燃易爆的苯系氣體的氣敏傳感器而言，有加熱器存在，則存在安全隱患，而且給該型氣敏傳感器微型化、集成化造成困難。此外，還有導電高分子聚合物氣敏傳感器，可在常溫下工作，但其壽命不長，工作穩定性也不夠理想。

發明內容
本發明的目的在於提供一種以定向碳納米管層作為氣敏層的氣敏傳感器的製造方法，檢測易燃易爆的苯系氣體分子的存在及其濃度，可在室溫下工作，消除安全隱患，且氣敏傳感器的性能遠優於帶加熱器的氣敏傳感器。
一種以定向碳納米管層作為氣敏層的氣敏傳感器的製造方法，包括在鋁質底板上製成絕緣層，叉指金電極以及氣敏層，其特徵在於該方法採用如下步驟A)鋁質底板1表面經陽極氧化處理後形成具有預定大小的縱向微孔的三氧化二鋁層作為絕緣層2；B)用濃度為60g/l的CoSO4·7H2O溶液和濃度為3.5g/l的H3BO3溶液配成電解液，控制其配比，使電解液的PH值為3.1～3.7，採用電化學法將Co納米粒子沉積在Al2O3絕緣層上的縱向微孔底部；C)採用真空濺射技術在微孔底部沉積有Co納米粒子的絕緣層2上製成叉指金電極3；D)在650℃～680℃下，在微孔底部沉積有Co納米粒子的絕緣層2上未被叉指金電極覆蓋的部分，採用CVD法定向生成碳納米管層為氣敏層4；三氧化二鋁層上的縱向微孔其孔徑為50～60nm，孔距為100～120nm，孔深為2μm，絕緣層2上的定向碳納米管氣敏層的厚度小於1μm。
同現有技術比較，本發明具有如下突出優點1)縱向微孔的孔徑、間距及孔深尺寸對碳納米管生長質量有直接影響，在鋁表面作陽極氧化處理時可對縱向微孔參數進行優選；2)以定向碳納米管層作為氣敏層可顯著優化苯系氣體的響應特性，提高其靈敏度，如可檢測濃度為10PPM甲苯氣體的存在，且穩定性好，可恢復性強；3)採用劑量適中、均勻分散的Co納米粒子作為催化劑，可以保證定向碳納米管可控生長；4)本傳感器可在常溫下工作，無需設置加熱器，無安全隱患，有利於實現電導型氣敏傳感器的微型化、集成化。


圖1為本發明的以定向碳納米管層作為氣敏層的氣敏傳感器的結構示意圖。
圖2為叉指金電極結構圖。
圖3為本傳感器中的定向碳納米管的電鏡顯示圖。
圖4為室溫下電極對甲苯氣體的響應曲線圖。
具體實施例方式
實施例1一種以定向碳納米管層作為氣敏層的氣敏傳感器的製造方法，鋁質底板1表面經陽極氧化處理後形成具有預定大小的縱向微孔的三氧化二鋁層作為絕緣層2；用濃度為60g/l的CoSO4·7H2O溶液和濃度為3.5g/l的H3BO3溶液配成電解液，控制其配比，使電解液的PH值為3.1，採用電化學方法將Co納米粒子沉積在絕緣層上的縱向微孔底部；採用真空濺射技術在微孔底部沉積有Co納米粒子的絕緣層2上製成叉指金電極3；在650℃下，採用CVD法在微孔底部沉積有Co納米粒子的絕緣層2上定向生成碳納米管層作為氣敏層4，三氧化二鋁層上的縱向微孔其孔徑為50nm，孔距為100nm，孔深為2μm，絕緣層2上的定向碳納米管氣敏層的厚度小於1μm。
實施例2一種以定向碳納米管層作為氣敏層的氣敏傳感器的製造方法，鋁質底板1表面經陽極氧化處理後形成具有預定大小的縱向微孔的三氧化二鋁層作為絕緣層2；用濃度為60g/l的CoSO4·7H2O溶液和濃度為3.5g/l的H3BO3溶液配成電解液，控制其配比，使電解液的PH值為3.7，採用電化學法將Co納米粒子沉積在絕緣層上的縱向微孔底部；採用真空濺射技術在微孔底部沉積有Co納米粒子的絕緣層2上製成叉指金電極3；在680℃下，採用CVD法在微孔底部沉積有Co納米粒子的絕緣層2上定向生成碳納米管層作為氣敏層4，三氧化二鋁層上的縱向微孔其孔徑為60nm，孔距為120nm，孔深為2μm，絕緣層2上的定向碳納米管氣敏層的厚度小於1μm。
應用本氣敏傳感器，對不同濃度的甲苯氣體進行檢測，檢測結果示於圖4，圖中橫坐標為時間(秒)，縱坐標為電流(10-3)，A處為空氣的起點，可見，本傳感器能測到的甲苯氣體濃度為10ppm，優於常用的氣敏傳感器。
權利要求
1.一種以定向碳納米管層作為氣敏層的氣敏傳感器的製造方法，包括在鋁質底板上製成絕緣層，叉指金電極以及氣敏層，其特徵在於該方法採用如下步驟A)鋁質底板(1)表面經陽極氧化處理後形成具有預定大小的縱向微孔的三氧化二鋁層作為絕緣層(2)；B)用濃度為60g/l的CoSO4·7H2O溶液和濃度為3.5g/l的H3BO3溶液配成電解液，控制其配比，使電解液的PH值為3.1～3.7，採用電化學法將Co納米粒子沉積在Al2O3絕緣層上的縱向微孔底部；C)採用真空濺射技術在微孔底部沉積有Co納米粒子的絕緣層(2)上製成叉指金電極(3)；D)在650℃～680℃下，在微孔底部沉積有Co納米粒子的絕緣層(2)上未被叉指金電極覆蓋的部分，採用CVD法定向生成碳納米管層為氣敏層(4)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於三氧化二鋁層上的縱向微孔其孔徑為50～60nm，孔距為100～120nm，孔深為2μm。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於定向碳納米管氣敏層的厚度小於1μm。
全文摘要
一種以定向碳納米管層作為氣敏層的氣敏傳感器的製造方法，其特徵在於A)鋁質底板表面經陽極氧化處理後形成具有預定大小的縱向微孔的Al
文檔編號G01N27/00GK1648648SQ20051004928
公開日2005年8月3日 申請日期2005年1月31日 優先權日2005年1月31日
發明者陳裕泉, 潘敏, 張孝彬, 郭淼 申請人:浙江大學