[發明專利]一種基于LTCC的基片集成波導式無線無源氣體傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710735159.1
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107677707B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 譚秋林;熊繼軍;郭彥杰;張磊;逯斐;郭曉威;董和磊;張文棟
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 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

本發明屬于氣體傳感技術領域，具體是一種基于LTCC的基片集成波導式無線無源氣體傳感器及其制備方法。解決了現有氣體傳感器有線連接，安裝不方便，使用周期短等問題，包括上表面金屬層、下表面金屬層以及設置在中間的LTCC氧化鋁陶瓷片，上表面金屬層、下表面金屬層和LTCC氧化鋁陶瓷片組成基片，基片周側設有一圈基片集成波導的側壁金屬圓柱通孔，以此構成基于基片集成波導的結構，基片集成波導的側壁金屬圓柱通孔內填充有銀漿料，基片中部設有氣體敏感結構，上表面金屬層表面設有縫隙天線。本發明充分利用了基片集成波導諧振器具有高的品質因數，低損耗等優點，可以有效的增大無線測試的距離。

技術領域

本發明屬于氣體傳感技術領域，具體是一種基于LTCC的基片集成波導式無線無源氣體傳感器及其制備方法。

背景技術

在科學技術和石油化學工業飛快發展的驅動下，易燃、易爆和有毒氣體得到了廣泛的應用。這些氣體在運輸、存儲和使用的過程當中，一旦發生泄露就會引起人員中毒，造成大氣污染、火災乃至爆炸，對人們的生命和資產安全有著很大的威脅。例如：在一些礦洞礦井的開采過程中，會產生大量的H₂S、CO等易燃易爆的氣體，對作業人員的人身安全構成了威脅。在一些化工廠運輸與存儲易燃易揮發的有毒有害化工原料時，經常會發生一些泄漏事故如果不能及時的發現會造成很大的危險，直接影響到人們的健康或是造成環境的污染。除此之外，目前我國很多城市的霧霾都非常嚴重，對人體的呼吸道造成很大的傷害，如果長期吸入甚至會導致死亡，因而空氣污染問題已經成為人民高度關注且急需解決的問題。因此，對這些有害氣體的檢測就顯得非常的有意義，研究相應的氣敏檢測傳感器也變得越來越有意義。

現有的氣體傳感器，普遍采用有線連接的方式，這些氣體傳感器具有較高的檢測靈敏度、較短的檢測響應時間。但是，有線連接的方式度傳感器的安裝造成了很大的不方便，功耗較大嚴重影響了傳感器的使用周期。而無線無源氣體傳感器的出現，可以很好的解決這些功耗以及安裝的問題，所以，無線無源式氣體傳感器的設計與制備具有重大的研究意義。此外，基于基片集成結構具有高品質因數、低損耗的優點，可實現更遠距離的無線測試。

發明內容

本發明為了解決現有氣體傳感器有線連接，安裝不方便，使用周期短等問題，提供一種基于LTCC的基片集成波導式無線無源氣體傳感器及其制備方法。

本發明采取以下技術方案：一種基于LTCC的基片集成波導式無線無源氣體傳感器，包括上表面金屬層、下表面金屬層以及設置在中間的LTCC氧化鋁陶瓷片，上表面金屬層、下表面金屬層和LTCC氧化鋁陶瓷片組成基片，基片周側設有一圈基片集成波導的側壁金屬圓柱通孔，以此構成基于基片集成波導的結構，基片集成波導的側壁金屬圓柱通孔內填充有銀漿料，基片中部設有氣體敏感結構，上表面金屬層表面設有縫隙天線。

進一步的，氣體敏感結構包括在LTCC氧化鋁陶瓷片上設置的圓柱孔，圓柱孔內表面涂有一層銀漿料，銀漿料外側涂有氧化石墨烯涂層。

進一步的，LTCC氧化鋁陶瓷片設有6層。

一種基于LTCC的基片集成波導式無線無源氣體傳感器的制備方法，具體步驟如下：

1）首先，準備好6片LTCC生瓷帶，第一層到第六層的編號為9-14，取9-11三層LTCC生瓷帶在70℃、21MPa的參數下進行20分鐘的層壓，之后將層壓好的9-11層的生瓷帶在中部位置切掉25個圓柱體。

2）將切割完圓柱的9-11層生瓷帶與12-14層生瓷帶繼續進行層壓，層壓參數為70℃、21MPa的參數下進行20分鐘的層壓。

3）在層壓完的9-14層生瓷帶的周側一圈的位置切除掉一系列的小圓柱通孔，對切除的小圓柱進行銀漿料的填充，對第一步中切除的25個小圓柱的內壁進行銀漿料的刷涂。

4) 將第三步中印刷完銀漿料的生瓷帶置于高溫爐中進行850℃的燒結，得到9-14層的熟瓷。