氧氣氣敏元件及其檢測方法
2023-10-11 15:27:29
氧氣氣敏元件及其檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種氧氣氣敏元件及其檢測方法。一種氧氣氣敏元件，以梳狀電極為基底塗覆納米氧化鈦氣敏材料，並在紫外光照下通過電流或電阻變化來測定氧氣含量的變化。納米氧化鈦粒徑為5-20nm。梳狀電極為叉指型微電極；所述梳狀電極微電極線寬5～200μm，間隙寬5～200μm，電極線長10-20mm，微電極對數5-20對。紫外光為345-400nm紫外光。本發明的有益效果在於提供了一種可攜式，響應快，測量範圍寬氧氣氣敏元件，以及氧氣含量的檢測方法。
【專利說明】氧氣氣敏元件及其檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於半導體氣敏元件【技術領域】，具體涉及一種氧氣氣敏元件及其檢測方法。
【背景技術】
[0002]氧氣含量的檢測對於工業生產、動植物生存、環境保護等具有重要意義。在工業、農業、交通、醫療等各個方面，氧是需要檢測最多的一種元素。通過對燃燒過程中排放氣體中的氧含量的測定，調控燃燒氣體的最佳組成比，可以控制加熱爐、內燃機等的最佳燃燒，從而提高燃燒熱效率，節省能源，減少加熱爐排煙、汽車尾氣對環境的汙染。氧氣含量的測定方法主要有化學容量法，磁氧分析法，氧化鋯濃差電池法，電化學法，氣相色譜法等。這些方法各有特色，也有各自的局限性。如應用最廣泛的氧化鋯濃差電池法，儘管響應時間短，測量範圍寬，但必須在高溫下使用，工作溫度600-14001，還不能有還原性雜質氣體的存在。氣相色譜法雖靈敏度高，抗幹擾能力強，但檢測速度低，不便於攜帶和現場檢測。
[0003]開發一種可攜式，響應快，測量範圍寬的小型氧氣傳感器具有重要意義。很多氣體的快速檢測均採用半導體氣敏傳感器，主要是因為半導體氣敏傳感器具有價格低廉、反應快、靈敏度高、現場檢測、使用方便等優點。但對於氧氣，目前還沒有直接的半導體氣敏元件。
【發明內容】
[0004]本發明目的在於提供一種可攜式，響應快，測量範圍寬的氧氣氣敏元件及其檢測方法。
[0005]為達到上述目的，採用技術方案如下:
[0006]一種氧氣氣敏元件，以梳狀電極為基底塗覆納米氧化鈦氣敏材料，並在紫外光照下通過電流或電阻變化來測定氧氣含量的變化。
[0007]按上述方案，所述納米氧化鈦粒徑為5-2011111。
[0008]按上述方案，所述梳狀電極為叉指型微電極；所述梳狀電極微電極線寬5?200 VIII，間隙寬5?200 V爪，電極線長10-20臟，微電極對數5-20對。
[0009]按上述方案，所述紫外光為345-400=111紫外光。
[0010]一種氧氣檢測方法，包括以下步驟:
[0011]在梳狀電極基底上塗覆納米氧化鈦氣敏材料，以波長345-40011111紫外光為激發源，通過電流或電阻的變化來測定氧氣含量變化。
[0012]按上述方案，所述納米氧化鈦粒徑為5-2011111。
[0013]按上述方案，所述梳狀電極為叉指型微電極；所述梳狀電極微電極線寬5?200 VIII，間隙寬5?200發，電極線長10-20臟，微電極對數5-20對。
[0014]本發明提出了一種新的紫外光照下，以1102半導體電阻變化的方式來檢測氣體中氧氣含量。該氣敏元件可在室溫至1501:以下使用，只對氧氣、水汽敏感，對其他氣體無響應。氣體進入氣敏元件前需要乾燥處理，在紫外光照下，半導體1102層產生大量的電子-空穴對，載流子的增加使氣敏元件具有較高的電流(或較低的電阻)，當處於含氧氣的環境下，1102表面會吸附氧氣並與光生電子結合形成氧負離子從而在！'102納米顆粒表面形成一層帶負電的勢皇層，阻止載流子的運動，從而使氣敏材料的電阻增加，元件的電流減小。氣敏材料電阻的增加與氧氣的含量成比例關係，氧氣含量越高，電阻增加越大。高溫會降低氧氣在1102表面的吸附量，氣敏元件使用溫度必須低於1501。
[0015]本發明的有益效果在於提供了一種可攜式，響應快，測量範圍寬氧氣氣敏元件，以及一種氧氣含量的檢測方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1:本發明氧氣氣敏元件工作原理圖。
[0017]其中，1-紫外燈；2-石英管；3-平面氣敏元件；4-引線；5-電阻測量單元；6-進氣出氣。
【具體實施方式】
[0018]以下實施例進一步闡釋本發明的技術方案，但不作為對本發明保護範圍的限制。
[0019]一種氧氣氣敏元件，以梳狀電極為基底塗覆納米氧化鈦氣敏材料，並在紫外光照下通過電流或電阻變化來測定氧氣含量的變化。
[0020]參照附圖1所示，將塗覆有納米氧化鈣的平面氣敏元件3設置於石英管2內，通過引線4與電阻測量單元5連接；石英管2兩端開有進氣口 6和出氣口 7，，在紫外燈1的照射下即可開始工作。
[0021〕 其中，納米氧化鈦粒徑為5-2011111。紫外光為345-400=111紫外光。
[0022]優化地，採用叉指型微電極；所述梳狀電極微電極線寬5?200 間隙寬5?200發，電極線長10-20111111，微電極對數5-20對。
[0023]本發明的氧氣氣敏元件主要技術指標如下:
[0024]元件檢測範圍:0.1% -50% (氣體體積比)；
[0025]元件工作溫度:室溫一 150。〇；
[0026]檢測靈敏度:10-500 ；
[0027]元件反應時間:小於608 ；
[0028]元件恢復時間:小於608。
[0029]實施例1
[0030]稱量平均晶粒粒徑為1011111的1102納米粉體以無水乙醇及少量聚乙二醇調成糊狀，均勻塗敷在平面金叉指電極(微電極線寬200 V！！！，間隙寬200 V！！！，電極線長10皿，微電極對數10)表面，然後經過4501:退火處理1小時，即製得氧氣氣敏器件的核心部分一一氣敏電極片。
[0031]用⑶1660電化學工作站測量製備的氣敏器件在光強200麗/挪2，波長365110的紫外光照射下，其電流隨隨氧氣含量的變化。定義其靈敏度為3，3 =?/匕狀，其中IV為氣敏器件在真空中的電流，1職8為器件在含氧氣體中電流。測試方法為靜態配氣法，工作溫度為室溫，對1%的氧氣的靈敏度達到10，響應時間與恢復時間分別608和1108，對其他氣體無響應。
[0032]實施例2:
[0033]稱量108晶粒粒徑為1311111的1102納米粉體以無水乙醇及少量聚乙二醇調成糊狀，均勻塗敷在平面金叉指電極(微電極線寬100賴，間隙寬100賴，電極線長10臟，微電極對數5)表面，然後經過4501:退火處理1小時，即製得氧氣氣敏器件的核心部分一一氣敏電極片。
[0034]用⑶1660電化學工作站測量製備的氣敏器件在光強500麗/挪2，波長365110的紫外光照射下，其電流隨隨氧氣含量的變化。定義其靈敏度為3，3 =?/匕狀，其中IV為氣敏器件在真空中的電流，1職8為器件在含氧氣體中電流。測試方法為靜態配氣法，工作溫度為室溫，對1%的氧氣的靈敏度達到8，響應時間與恢復時間分別608和1008，對其他氣體無響應。
【權利要求】
1.一種氧氣氣敏元件，其特徵在於以梳狀電極為基底塗覆納米氧化鈦氣敏材料，並在紫外光照下通過電流或電阻變化來測定氧氣含量的變化。
2.如權利要求1所述的氧氣氣敏元件，其特徵在於所述納米氧化鈦粒徑為5-20nm。
3.如權利要求1所述的氧氣氣敏元件，其特徵在於所述梳狀電極為叉指型微電極；所述梳狀電極微電極線寬5?200 μπι，間隙寬5?200 μπι，電極線長10_20mm，微電極對數5-20 對。
4.如權利要求1所述的氧氣氣敏元件，其特徵在於所述紫外光為345-400nm紫外光。
5.一種氧氣檢測方法，其特徵在於包括以下步驟: 在梳狀電極基底上塗覆納米氧化鈦氣敏材料，以波長345-400nm紫外光為激發源，通過電流或電阻的變化來測定氧氣含量變化。
6.如權利要求5所述氧氣檢測方法，其特徵在於所述納米氧化鈦粒徑為5-20nm。
7.如權利要求5所述氧氣檢測方法，其特徵在於所述梳狀電極為叉指型微電極；所述梳狀電極微電極線寬5?200 μ m，間隙寬5?200 μ m，電極線長10_20mm，微電極對數5_20對。
【文檔編號】G01N27/12GK104458825SQ201410567062
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月22日 優先權日:2014年10月22日
【發明者】林志東, 高淳, 洪玉元, 王學華 申請人:武漢工程大學