[發明專利]一種用于環境監測傳感器的氣敏元件及環境監測傳感器

在審

• 申請號: 201310285731.0
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN104280343A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 程峰;張凱鐘;姜紅;王海霞;鄧新
• 申請（專利權）人: 青島中一監測有限公司
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 青島聯智專利商標事務所有限公司 37101
• 代理人: 邵新華

技術領域

本發明屬于環境監測技術領域，具體地說，是涉及一種用于監測環境空氣中痕量有害氣體的氣敏元件以及采用該氣敏元件設計的環境監測傳感器。

背景技術

隨著社會的發展和人民生活水平的改善，環境空氣中有害氣體的污染越來越受到人們的關注。特別是日益發達的交通及迅速增加的私家車輛排放的氣體污染城市空氣，室內裝修帶來的甲醛、苯、氨等氣體威脅著人類的健康。如空氣中苯，對人體的健康有著很大的危害，容易造成眩暈、頭疼、乏力，嚴重時造成人體再生障礙性貧血以及白血病等。空氣中甲醛主要危害為基因毒性，主要來源于裝修材料，如各類脲醛樹脂類板材、皮革等，而且甲醛、苯已經被世衛組織認定為致癌物，因此監測環境空氣中這些氣體的污染十分必要。但是，這些痕量有機氣體濃度很低，主要在ppb-ppm量級范圍內。而傳統的檢測方法都是以采樣后的實驗室分析為基礎的，這種傳統技術存在很多不足，主要表現在：（1）由于所采集的空氣樣品必須送回實驗室進行分析，因此不具有時效性，而且采樣和分析過程十分復雜；（2）由于所分析的氣體濃度很低，因此需要長時間的采樣，大部分需要20分鐘以上的采樣時間；（3）在實驗室分析過程中，存在很多的系統誤差，而且以點進行的采樣，所檢測結果的代表性較差，分析測試成本很高。因此傳統的實驗室分析方法成本高、效率低、需要專業的技術人員和昂貴的儀器設備，并且不能做到實時監控。

近年來，基于光纖技術的傳感器制造技術已經得到了很大的發展，但是只是集中在物理量的傳感方面，如磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉矩、光、電流和應變等物理量的測量。在有機氣體方面，特別是環境空氣中痕量有機氣體監測領域，真正實用、低成本、產品化的研究成果極少。

因此，開發出低成本、高精度、多種污染物同時監測的在線分析技術成為當前工作場所、公共場所乃至家庭檢測的一個迫切解決的問題之一。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的上述問題，提供了一種用于環境監測傳感器的氣敏元件，可以應用在復雜環境下，對環境空氣中的多種痕量有機氣體進行檢測，而且制造成本低、精度高、穩定性強。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種用于環境監測傳感器的氣敏元件，包括基板和在基板上刻蝕的至少一道光波導底板，在所述光波導底板上設置有光波導層，所述光波導層上設置有高靈敏度層，所述高靈敏度層的成分為95%～99.5%的五氧化二鉭（Ta₂O₅）和0.5%～5%的釔（Y），所述高靈敏度層的厚度為50～200nm，所述高靈敏度層上設置有氣體敏感材料層。

進一步的，所述高靈敏度層的成分為98%～99.5%的五氧化二鉭（Ta₂O₅）和0.5%～2%的釔（Y）。

更進一步的，所述高靈敏度層的成分為98.5%～99.2%的五氧化二鉭（Ta₂O₅）和0.8%～1.5%的釔（Y）。

優選的，所述高靈敏度層的成分為99%的五氧化二鉭（Ta₂O₅）和1%的釔（Y）。

進一步的，所述高靈敏度層的厚度為50～150nm。

更進一步的，所述高靈敏度層的厚度為80～120nm。

優選的，所述高靈敏度層的厚度為100nm。

為了監測環境空氣中的氨氣，所述氣體敏感材料層為對氨氣敏感的材料，所述氣體敏感材料層的成分為99.9%～99.999%的氧化鈮（Nb₂O₅）和0.001%～0.1%的鈀（Pd），所述氣體敏感材料層的厚度為5～20nm。

進一步的，所述氣體敏感材料層的成分為99.95%～99.995%的氧化鈮（Nb₂O₅）和0.005%～0.05%的鈀（Pd）。

更進一步的，所述氣體敏感材料層的成分為99.97%～99.992%的氧化鈮（Nb₂O₅）和0.008%～0.03%的鈀（Pd）。

優選的，所述氣體敏感材料層的成分為99.99%的氧化鈮（Nb₂O₅）和0.01%的鈀（Pd）。

進一步的，所述氣體敏感材料層的厚度為6～15nm。

更進一步的，所述氣體敏感材料層的厚度為8～12nm。

優選的，所述氣體敏感材料層的厚度為10nm。