[發明專利]基于低溫共燒陶瓷技術的非接觸無源氣體傳感器

有效

• 申請號: 201310585121.2
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN103675040A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 譚秋林;李超;劉文怡;郭心怡;張文棟;熊繼軍;劉俊;薛晨陽;張洋;紀夏夏;王曉龍
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

技術領域

本發明涉及氣敏傳感器領域，具體是一種基于低溫共燒陶瓷技術的非接觸無源氣體傳感器。

背景技術

氣體傳感器在民用、工業和環境檢測等領域都有著廣泛的應用。尤其是在食品藥品等檢測領域，對傳感器的微型化提出了更高的要求。目前大多數氣體傳感器都是金屬氧化物氣體傳感器，具有靈敏度高、響應快和使用簡單的特點，但其穩定性較差，需要在高溫下工作且功耗較大。而且傳統的氣體傳感器需要電源供電，導致傳感器的壽命年限短、體積大，其應用領域受到了很大的限制。近年來，隨著無線無源技術的發展以及低碳生活的倡導，無線無源氣體傳感器已經形成了新的研究方向。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種主要用于檢測食品藥品變質的無線無源氣體傳感器，解決現有氣體傳感器工作溫度高、功耗大、有源檢測問題。

本發明采取的技術方案如下：

基于低溫共燒陶瓷技術的非接觸無源氣體傳感器，采用低溫共燒陶瓷技術燒結而成，自下而上包括三層：供加熱與測溫于一體的鉑電極層、LC導電連接層以及供無線無源檢測的測試電極與電感線圈層，三層結構的陶瓷基底為鏤空結構，三層結構各自附有通孔使得三層結構形成LC回路，測試電極表面附著SWNT/ZnO氣敏薄膜。

所述的鉑電極，采用回形電極結構，也就是從兩個電極端開始相間環繞至終點相接，形成回形結構軌跡，電極間距采用1:1的比例。

SWNT/ZnO氣敏薄膜的制備工藝為，采用酸化處理過的SWNT，通過旋涂和介電電泳的方法將SWNT排布在頂層的測試電極上，再將ZnO濺射在SWNT上，形成兩層氣敏薄膜結構。具體工藝步驟如下：

1）、SWNT提純后進行酸化處理，使其帶上羧基，酸化過程如下：將SWNT粉末加入體積比為3：1的濃硫酸／濃硝酸混合液中30-40min，溫度保持140-145℃；待充分沉淀后棄去上層液體，加入過量去離子水稀釋后進行真空抽濾；使用去離子水反復清洗SWNT，直至洗液的pH值為7；收集濾膜上的濾出產物將處理后的SWNT與去離子水按一定比例混合,并用400-500w超聲振蕩30min以上，充分靜置，得到濃度為1.25-1.50ug／mL分散性好且穩定的SWNT懸浮液；

2）、對要沉積SWNT的采用金電阻漿料制成的叉指型測試電極進行氨基單分子層修飾；清洗電極后，配制lmol／L的4-氨基硫酚乙醇溶液，將頂層的陶瓷基片浸泡24-30h后用乙醇清洗；經N₂干燥后可在測試電極-金電極表面接上氨基單分子層，與SWNT表面羧基基團形成化學鍵連接；

3）、用微量移液器取10-15uL的預先配制好的1.25-1.50ug／mL的SWNT懸浮液滴到處理過的叉指型測試電極上，將涂有SWNT懸浮液的陶瓷基片放在甩膠臺上進行旋轉，轉速約為500-600轉／分鐘，保證電極表面有一層較均勻的SWNT懸浮液；

4）、介電電泳排列SWNT，把函數信號發生器輸出端的正極和負極分別接在叉指型測試電極的兩端，調節信號發生器的參數，使輸出為頻率10MHz、幅值為5V_PP的正弦交流信號，電泳沉積5分鐘后關閉信號發生器；

5）、加固SWNT與電極的接觸，介電電泳組裝將SWNT組裝在電極上之后，在兩電極間施以10V_pp、1kHZ、占空比為1/2的脈沖信號2分鐘，使SWNT將被吸附在電極上，且在隨后的清洗過程中不發生移動或脫落；

6）、使用去離子水清洗，在80℃的烘箱中放置1小時；

7）、將6）所得的覆有SWNT膜的陶瓷基片放入300℃、N₂：H₂=19：1的燒結爐中退火1h；

8）、ZnO薄膜的濺射，利用RF磁控濺射的方法在SWNT上制備ZnO薄膜。