[發明專利]二氧化鈦納米管傳感器氣敏特性測試的實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201310189766.4
• 申請日: 2013-05-21
• 公開（公告）號: CN103293199A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 張曉星;唐炬;廖一帆;鐵靜;張福增;陳秦川
• 申請（專利權）人: 重慶大學;南方電網科學研究院有限責任公司
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 胡正順

技術領域

本發明屬于傳感器的特性測試技術領域，具體涉及二氧化鈦納米管傳感器氣敏特性測試的實驗裝置及方法。

背景技術

在用摻雜貴金屬的二氧化鈦（TiO₂）納米管制作的氣敏傳感器，具有響應快、靈敏度高、工作溫度低、尺寸小等優點，廣泛應用于醫學診斷中的信號檢測，太陽能電池以及工業環境中的濕度和低溫檢測等。近年來一些國際學者將二氧化鈦納米管應用到傳感器領域特別是用于氣體檢測，取得了一定的進展。TiO₂納米管傳感器是利用待測氣體分子與傳感器的氣敏層表面發生吸附或化學反應引起電荷轉移，進而導致傳感器電學特性發生變化來檢測氣體。被檢測氣體與二氧化鈦納米管發生吸附或化學反應在不同的溫度條件下靈敏度不同（即溫度是影響氣敏傳感器檢測性能的主要因素）。研究二氧化鈦納米管傳感器的氣敏特性以及隨溫度變化的氣敏特性曲線，找出二氧化鈦納米管傳感器檢測氣體的最佳工作溫度，使氣敏性達到最佳，提高檢測氣體的準確度，有重要的意義。

_?現有的二氧化鈦納米管傳感器氣敏特性測試裝置及方法,如《sensors》2012年3月第12卷中的“TiO_2?Nanotube?Array?Sensor?for?Detecting?the?SF₆?Decomposition?Product?SO₂”一文，公開的實驗裝置的主要由石英玻璃管、進氣閥、出氣閥、阻抗分析儀、交流調壓表等組成。公開的測試方法是動態測量法，首先，通入流速為0.1L/min的高純N₂，與此同時接通加熱片的電源，通過調節調壓器旋紐來控制傳感器的表面溫度（保持所需的某一工作溫度），直至TiO₂納米管陣列傳感器的阻值穩定。并記錄該值為R₀。其次，通入SF₆分解組分氣體之一，如SO₂，并保持裝置的中氣體的流速與通入N₂時一致，這時傳感器的阻值發生明顯的變化，并很快達到穩定（在某一阻值附近波動），在此過程中記錄電阻值R。最后，當傳感器的阻值穩定后，再次通入流速為0.1L/min的高純N₂，直至傳感器的阻值慢慢穩定到某一數值。并記錄該值為R₀。該裝置的主要缺點如下：1.氣體是流動的且進氣管與二氧化鈦納米管傳感器之間的距離較近，在通入氣體之后氣體易帶走二氧化鈦納米管傳感器表面的熱量，導致傳感器表面的溫度不穩定。2.二氧化鈦納米管傳感器表面使用導電銀膠在傳感器表面將導線與之粘聯，形成電極。但是，二氧化鈦納米管傳感器在實驗中經高溫加熱之后，其表面的導電銀膠易變性失效，影響氣敏特性的測量結果。又如2005年大連理工碩士學位論文“基于TiO₂納米管的NO₂氣敏傳感器研究”一文，公開的實驗裝置是由密閉氣室、進氣閥、出氣閥、混氣裝置和直流電源儀組成。該裝置的主要缺點在于：1.二氧化鈦納米管傳感器的表面不是絕對平整，這篇碩士論文中采用一體化的石英Y型棒，兩腳上度一層鉑金屬電極作為電極，這樣會使電極與傳感器之間存在肉眼不易察覺的空隙，從而影響測量精度。2.制備的二氧化鈦納米管傳感器存在不平整情況，但電極的位置固定，使不動測量點固定，無法對比表面上不同的點引起的傳感器電學特性的變化。3.整個裝置的缸體部分所用材料全部為不銹鋼，紫外光無法透過，沒有辦法探究二氧化鈦納米管傳感器的光催化特性。

發明內容

本發明的目的是針對現有二氧化鈦納米管傳感器氣敏特性測試裝置及方法的不足之處，提供一種二氧化鈦納米管傳感器氣敏特性測試的實驗裝置及方法，具有準確度高、抗干擾能力強、結構簡單、操作方便、能分析溫度特性對氣敏性能的影響、實用性強等特點。

本發明的原理：本發明裝置中的氣敏特性由精密阻抗分析儀進行分析，測試速度快，精度高；利用流量計、真空泵、進氣閥和出氣閥保證實驗裝置內氣體的流動和監控密閉氣室中的氣流狀況；陶瓷加熱片、交流調壓器、數顯溫度儀和熱電阻探頭構成了溫度控制環節，熱電阻探頭和數顯溫度儀用于監測實時溫度，通過交流調壓器輸出交流電壓并控制電壓的幅值，從而使得與之連接的陶瓷片發熱并控制溫度的高低，實現對溫度的實時控制；最外部的罐體表面開有石英窗，使得外部的紫外燈透過，研究關于紫外光對半導體傳感器的光催化效應。