[發明專利]一種離子型氣敏材料分析裝置

有效

• 申請號: 201410025429.6
• 申請日: 2014-01-20
• 公開（公告）號: CN103760200A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 阮圣平;張敏;周敬然;劉彩霞;沈亮;溫善鵬;董瑋;郭文濱;張歆東
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;王恩遠

技術領域

本發明屬于氣敏測試技術領域，特別是涉及一種離子型氣敏材料的自動分析裝置。

背景技術

氣體傳感器是一種將氣體種類、濃度轉換為電、光、磁等信號的裝置。氣體傳感器根據其原理，可以分為化學、物理兩類，其中的化學氣體傳感器通常具有體積小、易裝配、成本低等優勢，因此主要用于工、農業的生產和過程監控中。

大部分化學氣體傳感器都是通過傳感器中的氣敏材料與氣體反應，產生電子的改變從而實現氣體的檢測。其典型氣敏機理為材料在高溫（例如300℃）下吸附空氣中的氧，產生表面氧離子，氧離子與氣體發生氧化還原反應，從而釋放電子或者空穴，使得傳感器的電阻下降或者升高。這類傳感器需要用直流的方式進行測量，傳感器的信號獲取只需要一對條狀或者環狀電極即可。

還有一類傳感器是需要通過監控離子的改變來測量的，這類傳感器通常工作在常溫到100℃之間，氧在這樣的溫度下活性不夠，被測氣體會直接在敏感材料表面產生離子極化，從而提高電導率。RH濕度傳感器即為離子傳感器的典型代表。離子傳感器的測量需要使用交流電進行復阻抗的獲取，因此傳感器的信號電極對數、間距、寬度對傳感器的性能有極大的影響，這為離子傳感器的研究帶來了很大的不便。

近年來，隨著物聯網的興起，低溫傳感器受到了越來越強烈的關注，特別是離子傳感器的敏感材料研究愈來愈熱，各種新型的氣敏材料，如碳納米管、石墨烯、三氧化二銦、氧化鋯等都被用于離子傳感器中。但是由于離子傳感器必須制作復雜的插指狀電極，電極和普通傳感器測試設備難以連接，同時常溫環境容易變化導致測試數據難以重復，導致國內在這方面研究進展緩慢，明顯落后于半導體工藝技術、實驗室條件更加優異的國外。

發明內容

針對以上問題，本發明提出了一種將易于更替的插指狀探針集成在氣敏分析裝置中，利用外部控溫準確控制材料的工作溫度，通過干、濕兩股氣流的配比調整測試環境的濕度，上位機控制測試電壓和頻率并進行靈敏度、響應時間、恢復時間的分析，從而簡化離子氣敏材料的測試工作，提高材料氣敏性能研究效率。

本發明所述的離子型氣敏材料分析裝置（1）結構框圖如圖1所示，由氣室（2）、探針調節裝置（3）、插指狀探針（4）、控溫平臺（6）、濕度均勻腔（7）、控制裝置（8）和上位機（9）組成。

一般地，氣室（2）為不銹鋼材質，為圓柱或者圓錐型結構，體積1L～50L，設置有注氣孔（21）和觀察窗（22）；控溫平臺（6）設置在氣室（2）的底部，在控溫平臺（6）上放置有測試樣品（5），在測試樣品（5）的上方設置有探針調節裝置（3）；探針調節裝置（3）由X-Y-Z方向交錯的三個不銹鋼螺桿組成，可在X-Y-Z三個方向調節插指狀探針（4）與測試樣品（5）的相對位置，以保證兩者接觸良好，調節精度0.001mm～0.1mm，調節總距1mm～20mm；插指狀探針（4）為Au或者Pt材質，由兩對以上插指狀電極組成，電極長度1mm～50mm，寬度0.01mm～10mm，厚度0.01mm～1mm，間距0.01mm～10mm；測試樣品（5）為被測試分析的氣敏材料，如金屬氧化物、碳材料、有機材料等；控溫平臺（6）為不銹鋼或者陶瓷材質，直徑10mm～500mm，用于控制測試樣品（5）的工作溫度；氣室（2）外部連接的濕度均勻腔（7）為不銹鋼材質，為長方體結構，容積1L～20L，用于對通入氣室（2）的濕度氣體進行攪拌和混合；控制裝置（8）對控溫平臺（6）的工作溫度、濕度均勻腔（7）的濕度氣氛進行控制，并對插指狀探針（4）所測量獲得的測試樣品信息進行模數處理，然后上傳至上位機（9）由軟件進行氣敏分析。

控溫平臺（6）由不銹鋼材質的導熱平面（61）、內埋的16Ω北京艾立特科技有限公司生產的k32型Pt加熱絲（62）、南京英格瑪生產的32RII型溫度傳感器（63）、外包的水冷保護裝置（64）組成。通過加熱絲（62）的電流由控制裝置（8）控制。