[發明專利]基于單根ZnO微米線的非平衡電橋式乙醇氣體傳感器

在審

• 申請號: 201711407892.7
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108088875A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 馮秋菊;石笑馳;邢妍;李彤彤;李芳;李昀錚;石博
• 申請（專利權）人: 遼寧師范大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 大連非凡專利事務所 21220
• 代理人: 閃紅霞

本發明公開一種基于單根ZnO微米線的非平衡電橋式乙醇氣體傳感器，本首先通過化學氣相沉積方法制備出表面積大，結晶好的ZnO微米線陣列，然后從其上取出所需的單根ZnO微米線，在其兩端用銀膠固定并作為惠斯通電橋的一個可變橋壁，與其他三個橋壁構成非平衡電橋式乙醇氣體傳感器。制備工藝簡單，成本低廉，制作方便易于實現，不僅具有較高的靈敏度而且響應和恢復速度快，可在室溫下對乙醇氣體進行檢測，提高了檢測器的可靠性。

技術領域

本發明涉及一種乙醇氣體傳感器，尤其是一種靈敏度高、響應和恢復速度快的基于單根ZnO微米線的非平衡電橋式乙醇氣體傳感器。

背景技術

目前，在各種氣體傳感器中，氧化物半導體為敏感材料的氣體傳感器以具有靈敏度高、檢測下限低、響應和恢復時間短、成本低廉等突出的優點，成為廣泛應用的氣體傳感器之一。近年來，作為直接帶隙寬禁帶半導體材料的氧化鋅（ZnO），由于其獨特的光電、壓電和化學性質，以及高的熱穩定性和氣體特性逐漸被應用于氣體傳感方面，特別是對于具有比表面積大的一維ZnO納/微米結構，已經顯示出比體材料更優越的氣敏特性。但目前文獻報道的納/微米ZnO氣體傳感器的工作溫度普遍較高（大約在200~400℃），長時間工作不僅對器件造成損害，增加器件工作的不穩定性且大大降低傳感器的使用壽命。另外，氣體傳感器的響應和恢復時間也比較長。

發明內容

本發明為了解決現有技術所存在的上述技術問題，提供一種靈敏度高、響應和恢復速度快的基于單根ZnO微米線的非平衡電橋式乙醇氣體傳感器。

本發明的技術解決方案是：一種基于單根ZnO微米線的非平衡電橋式乙醇氣體傳感器，由敏感材料與三個定值電阻組成惠斯通電橋，其特征在于：所述敏感材料為直徑30~100μm、長度30~40mm 的單根ZnO微米線，所述單根ZnO微米線是按如下步驟制備：

（a）將純度大于99%的ZnO粉末和活性碳粉按照質量比2：1充分混合制成反應源材料，將反應源材料放入石英舟內，然后再將石英舟放入化學氣相沉積系統石英管的中心處；

（b）通入載氣氬氣，氬氣流量為100~300ml/min，當溫度加熱至950~1100℃時通入氧氣，氧氣流量為10~100ml/min，生長時間為30分鐘；

（c）關閉氧氣，保持氬氣流量，降溫至100℃以下，在石英管出氣口處得到ZnO微米線陣列，從ZnO微米線陣列底部剝離出單根ZnO微米線。

本發明首先通過化學氣相沉積方法制備出表面積大，結晶好的ZnO微米線陣列，然后從其上取出所需的單根ZnO微米線，在其兩端用銀膠固定并作為惠斯通電橋的一個可變橋壁，與其他三個橋壁構成非平衡電橋式乙醇氣體傳感器。制備工藝簡單，成本低廉，制作方便易于實現，不僅具有較高的靈敏度而且響應和恢復速度快，可在室溫下對乙醇氣體進行檢測，提高了檢測器的可靠性。

附圖說明

圖1是本發明實施例1中ZnO微米線陣列的相機照片。

圖2是本發明實施例1中單根ZnO微米線的掃描電子顯微鏡照片。

圖3是本發明實施例1在工作溫度為室溫25℃、乙醇濃度為10ppm下的響應和恢復曲線。

圖4是本發明實施例2在工作溫度為室溫25℃、乙醇濃度為40ppm下的響應和恢復曲線。

圖5是本發明實施例在工作溫度為室溫25℃、乙醇濃度為70ppm下的響應和恢復曲線。

圖6是本發明比較例在工作溫度為室溫25℃、乙醇濃度為70ppm下的響應和恢復曲線。

具體實施方式

實施例1：