[發明專利]一種高性能氣體傳感器

無效

• 申請號: 201110295012.8
• 申請日: 2011-10-08
• 公開（公告）號: CN102608170A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 王仲祺;許志;徐軍
• 申請（專利權）人: 北京中科微納物聯網技術股份有限公司
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

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制備、傳感器結構的設計和制備、傳感器的測量與表征。?

背景技術

隨生活水平的提高，人們開始對環境污染、煤氣泄漏、瓦斯爆炸等采取防范措施。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，如果制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，由于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后駕車導致，國家法律和相關部門已經嚴格管制酒后駕車，但是這種現象仍然屢禁不止。加強駕車人員的酒精檢測，可避免酒后駕車導致的安全事故。目前酒精檢測儀主要依靠進口。這些進口傳感器的制備過程復雜，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、壽命短以及制備成本高等問題，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，采用具有大比表面積的納米材料制備氣敏傳感器。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制備的傳感器敏感膜呈網狀結構，避免了傳感器制備和工作中的材料團聚問題，因而所制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制備方法，并利用一位材料制備傳感器。一維敏感納米材料的制備方法中，主要有熱蒸發法(高溫)、水熱法(高溫高壓)或高壓電紡(高電壓)等復雜的方法，而常溫常壓的低能耗方法制備一維敏感納米材料的工作還未見報道。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制備。本發明專利將建立常溫常壓下制備一維敏感納米材料的方法，為高性能傳感器的低成本制?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并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制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：?

醋酸鋅里面含有Zn2+離子，可以溶解在強堿性溶液中。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，溶液由堿性變成中性，同時化學方程式向右移，生成Zn(OH)2，如方程式(2).?

采用敏感材料涂敷方法，制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。?

采用摻雜方法進一步提高傳感器的靈敏度、時間響應及選擇性。在一維納米材料的基礎上摻雜微量的稀土氧化物作為活性材料的催化劑，可望大幅改善氣敏傳感器的性能，使其完全滿足實際的應用要求。?

控制敏感材料的微結構和形貌，提高傳感器的穩定性和壽命。利用表面活性劑可以選擇性地吸附在材料的側面，延緩了材料在側面這個方向上的生長，控制了材料只沿一個方向生長，從而在常溫常壓條件下制備出一維敏感納米材料。?

本發明專利建立的常溫常壓下制備一維敏感納米材料的方法和高性能傳感器的低成本制備方法的主要創新在于：1)敏感材料為準一維結構，傳感器響應快、靈敏度高、?性能穩定、壽命長；2)常溫常壓等簡單工藝制備準一維納米材料，設備簡單，操作簡單，成本低；3)準一維納米材料摻雜，進一步提高傳感器性能；為傳感器生產企業提供降低成本的一種方法，推動相關企業的傳感創新研究，為企業提供開展低成本、高性能傳感器研發與生產的后勁。?