[發明專利]一種檢測氨氣的石英晶體微天平氣體傳感器的制備方法

無效

• 申請號: 201310574665.9
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103575865A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 張嘉琪;胡馨升;齊高璨;胡發志;陳培飛
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

?本發明屬于氣體傳感器領域,具體是一種檢測氨氣的石英晶體微天平氣體傳感器的制備方法。

背景技術

氨氣作為一種常見的刺激性氣體，在日常生活和工業生產中的應用十分廣泛。氨氣不僅對人體皮膚組織有腐蝕刺激作用，而且還會使組織蛋白質變性并破壞細胞膜，因此對氨氣的檢測是十分必要的。傳統測定?NH₃的方法存在工作溫度高，選擇性差，易受醛類及硫化物的干擾等缺點。現代分析儀器法也存在價格昂貴、操作復雜、分析費時等不足。氣敏傳感器法則彌補了這些不足，增強了檢測能力。

石英晶體微天平（QCM）具有靈敏度高、響應時間快以及操作方便等優點，已經成為氣敏傳感器的研究熱點。QCM是利用其表面修飾的敏感膜吸附氣體，引起質量變化導致共振頻率的改變，從而實現氣體的檢測。由于其可以檢測低至納克的痕量物質的質量變化，因此被廣泛應用于可吸附的微量物質的檢測。本專利便將QCM氣體傳感器應用于氨氣的檢測。

QCM的檢測原理依據Sauerbrey?公式：

式中：為石英晶振片的頻差變化（Hz），為石英晶振片的基頻（Hz），為晶振片表面所負載的質量（g），為被吸附物所覆蓋的面積（cm²），負號表示質量的增加引起了石英晶體的頻率下降。

發明內容

本發明的目的是針對上述存在問題，提供一種成本低、便于操作、靈敏度高的檢測氨氣的石英晶體微天平氣體傳感器的制備方法。

本發明的技術方案：

一種檢測氨氣的石英晶體微天平氣體傳感器的制備方法，采用ZnO?納米棒作為敏感膜，其中QCM?氣體傳感器的基底為AT切型的?8?MHz晶振片，步驟如下：

1）將AT切型的?8?MHz晶振片用去離子水和酒精反復清洗三次，然后晶振片放入60℃烘箱中干燥30?min后待用；

2）將?ZnO?溶膠與乙醇按照體積比為1：2進行稀釋后，水浴加熱到?60?℃，得到稀釋后的溶膠；

3）將洗凈干燥的晶振片放入稀釋后的溶膠中拉膜?2-3?次，形成均勻晶種層后，放入60?℃干燥箱中干燥15?min；

4）將硝酸鋅和六次甲基四胺與去離子水混合后，超聲溶解?15?min?，制得生長液；

5）將拉膜干燥后的晶振片放入生長液中，用塑料薄膜密封，放在95?℃水浴中生長?3?h，然后，用去離子水沖洗晶振片?3?次，60?℃干燥12h，即可得到ZnO納米棒修飾的QCM氣體傳感器。

所述硝酸鋅、六次甲基四胺與去離子水的用量比為1.488?g?：0.701?g：200?ml。

一種所制備的檢測氨氣的石英晶體微天平氣體傳感器的應用，用于檢測1×10^-6-100×10^-6濃度范圍的氨氣，頻差變化范圍為1-200Hz，響應時間小于10s，ZnO?納米棒晶振片的頻差變化與氨氣濃度呈線性關系，相關系數為0.9983。

QCM?傳感器的檢測原理：

在石英晶振兩個引線處加交變電場時，它會產生一定頻率的機械振動。一般情況下，無論是機械振動的振幅，還是交變電場的振幅都非常小。但是當交變電場的頻率為某一特定值時，振幅驟然增大，產生共振，稱之為壓電振蕩，該頻率即為石英晶振的固有頻率。QCM?傳感器就是通過測量石英晶振固有頻率的變化來實現檢測的。

本發明的有益效果如下：

ZnO納米棒修飾的QCM氣體傳感是物理吸附過程，可完全實現氨氣的吸附解吸過程。檢測1×10^-6-100×10^-6濃度范圍的氨氣時，頻差變化范圍為1Hz——200Hz，響應時間均在10s以內。根據Sauerbrey?公式可知，晶振片的頻差變化與吸附氣體的質量呈線性關系，氣體濃度決定晶振片表面吸附氣體的質量，因此ZnO?納米棒晶振片的頻差變化與氨氣濃度呈線性關系，相關系數為0.9983。

附圖說明

圖1為作為氣體傳感器敏感膜的ZnO納米棒表面形貌掃描電鏡平面圖。

圖2為作為氣體傳感器敏感膜的ZnO納米棒表面形貌掃描電鏡截面圖。

具體實施方式

實施例：

一種檢測氨氣的石英晶體微天平氣體傳感器的制備方法，采用ZnO?納米棒作為敏感膜，其中QCM?氣體傳感器的基底為AT切型的?8?MHz晶振片，步驟如下：

1）將AT切型的?8?MHz晶振片用去離子水和酒精反復清洗三次，然后晶振片放入60℃烘箱中干燥30?min后待用；