[發(fā)明專利]一種光電檢測痕量二氧化氮的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310301212.9
• 申請日: 2013-07-18
• 公開（公告）號: CN103344568A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 祖佰祎;竇新存;陸彬;郭亞楠;楊政;郭林娟
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院新疆理化技術(shù)研究所
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 烏魯木齊中科新興專利事務(wù)所 65106
• 代理人: 張莉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種痕量NO₂的光電檢測方法。具體涉及使用一定波長范圍的光照射電阻式NO₂氣體傳感器的敏感材料，通過所吸附NO₂氣體引起的半導體的光電導變化，對痕量NO₂進行檢測與標定。該方法可在提高檢測限（達到ppb?級，即十億分之一，V/V）的同時降低工作溫度（室溫至220?℃）。

背景技術(shù)

目前，NO₂的電阻式傳感器利用氣體在半導體（多為金屬氧化物）表面吸附或脫附時，半導體電阻變化進行檢測，存在著工作溫度高（300?℃-850?℃）（Sensors?and?Actuators?B?158，2011，1–8）和檢測限低（ppm級，即百萬分之一，V/V）的缺點。

當入射光子能量（????????????????????????????????????????????????）大于或等于半導體的禁帶寬度（E_g）時，價帶中的電子會吸收入射光子，由價帶躍遷至導帶，產(chǎn)生光生載流子，引起半導體電導率變化，稱為光電導效應(yīng)。產(chǎn)生光電導效應(yīng)的條件為入射光能量大于該半導體的禁帶寬度。

本發(fā)明利用敏感材料的光電導效應(yīng)，使用光電方法檢測NO₂，達到提高檢測限的同時降低工作溫度的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種光電檢測痕量二氧化氮的方法，該方法涉及的電阻式傳感器是由陶瓷基底、固定電極、敏感材料、加熱器及熱電偶、信號處理器和光源組成，利用電阻式傳感器的敏感材料的光電導效應(yīng)，使用200-800?nm波長范圍的光照射敏感材料，通過敏感材料的電阻變化檢測痕量二氧化氮，實現(xiàn)提高NO₂檢測限的同時降低工作溫度。本方法不但可提高檢測限（達到ppb?級），同時可降低工作溫度（室溫至220℃）。

本發(fā)明所述的一種光電檢測痕量二氧化氮的方法，該方法涉及的電阻式傳感器是由陶瓷基底（1）、固定電極（2）、敏感材料（3）、加熱器及熱電偶（4）、信號處理器（5）和光源（6）組成，利用電阻式傳感器的敏感材料的光電導效應(yīng)，使用200-800?nm波長范圍的光照射敏感材料（3），通過敏感材料（3）的電阻變化檢測痕量二氧化氮，具體操作按下列步驟進行：

a、在陶瓷基底（1）上固定電極（2），通過敏感材料（3）將電極（2）連通，電極（2）與信號處理器（5）連接，加熱器及熱電偶（4）固定在陶瓷基底（1）的底部，構(gòu)成電阻式傳感器；

b、將光源（6）波長范圍在200-800?nm之間的發(fā)光二極管、Xe燈、Hg燈或激光光源固定在步驟a制作的傳感器上方，將傳感器置于含有已知濃度的NO₂氣氛中，于室溫至500℃，在光源（6）0-100?W/m²光強條件下，照射敏感材料（3），以敏感材料（3）的電阻變化為信號，對傳感器進行標定；

c、將傳感器置于含有未知濃度的NO₂的氣氛中，于室溫至500℃，在光源（6）0-100?W/m²光強條件下，對痕量NO₂進行光電檢測。

步驟a敏感材料（3）中為單一成分半導體材料氧化鎳、氧化鉬、氧化亞銅、三氧化鎢、二氧化錫、氧化鋅或碳納米管；異質(zhì)結(jié)半導體材料為二氧化錫/氧化鋅；復合半導體材料為氧化釔穩(wěn)定氧化鋯或二氧化鈦/石墨烯。

步驟b光源（6）的波長范圍在200-800?nm之間，且光源（6）光子能量大于或等于敏感材料（3）中異質(zhì)結(jié)半導體材料或復合半導體材料禁帶寬度較小的半導體材料的禁帶寬度。

步驟b和步驟c中光源（6）發(fā)出復色光時，使用光柵、濾波片、透鏡和反射鏡將光線處理為單色光。

步驟b中光源（6）為發(fā)光二極管。

本發(fā)明所述的一種光電檢測痕量二氧化氮的方法，采用該方法可使檢測限提高至1?ppb，同時，工作溫度降低約100℃。

附圖說明

圖1?為本發(fā)明傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2?為本發(fā)明敏感材料二氧化鈦/石墨烯復合材料的紫外—可見吸收圖；

圖3?為本發(fā)明以二氧化鈦/石墨烯復合材料為敏感材料在溫度220℃條件下對不同濃度NO₂的響應(yīng)曲線：100?ppb、200?ppb、500?ppb、1000?ppb；

圖4?為本發(fā)明以二氧化鈦/石墨烯復合材料為敏感材料在溫度220℃條件下對NO₂光電檢測的標定曲線；