[發明專利]一種抗電磁干擾型熱導式氣體傳感器芯片及其制備方法

在審

• 申請號: 201910583252.4
• 申請日: 2019-07-01
• 公開（公告）號: CN110174448A
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 孫永國;單家男;于廣濱
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01N27/18
• 分類號: G01N27/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種抗電磁干擾型熱導式氣體傳感器芯片，包括：基底、沉積在基底上的電阻條、涂覆在電阻條上的絕緣層、涂覆在絕緣層上的敏感復合材料、與電阻條焊接連接的引線。基底為原位生長的多孔狀三氧化二鋁；電阻條呈雙線盤旋狀；絕緣層材料為三氧化二鋁納米級陶瓷超細粉末，敏感復合材料為碳納米管/石墨烯/三氧化二鋁三元復合材料。同時，本發明還提供了一種抗電磁干擾型熱導式氣體傳感器芯片的制備方法。本發明充分利用三元復合材料的比表面積高和熱穩定性強的特性、雙線盤旋狀電阻條具有削減外部電磁場對芯片電流干擾的作用，使傳感器芯片具有良好的熱交換效率和穩定性，達到縮短響應時間、提高檢測精度的目的。

技術領域

本發明屬于氣體檢測技術領域，涉及一種抗電磁干擾型熱導式氣體傳感器芯片及其制備方法，特別涉及一種基于碳納米管/石墨烯/α三氧化二鋁三元復合材料的抗電磁干擾型熱導式氣體傳感器芯片及其制備方法。

背景技術

熱導氣體傳感器是根據不同氣體具有不同導熱率的原理進行檢測，其主要由加熱電阻條和氣體敏感材料構成，加熱電阻條一般采用單線彎曲、插指等形狀。熱導氣體傳感器在工業、農業、石油、煤炭等行業應用廣泛。但是，在電磁場干擾環境下，由于磁場的磁力線對加熱電阻條的主動切割，在加熱電阻條中產生干擾電流，干擾電流嚴重影響熱導式氣體傳感器的穩定性，使得熱導氣體傳感器在電磁場干擾環境下存在無法使用或檢測精度不高的問題。另外，熱導式傳感器也普遍存在著熱穩定性差的問題。提高熱導氣體傳感器的抗磁性和熱穩定性對于拓展熱導氣體傳感器的應用范圍具有積極的意義。

石墨烯和碳納米管是快速興起的新材料，石墨烯是二維層狀結構，碳納米管是一維管孔狀結構，α三氧化二鋁具有極高的熱穩定性，把三者結合可獲得比表面積大、熱穩定性強的三元復合材料。同時，雙線盤旋式導線具有減弱外部磁場干擾的無感性質，將其與三元復合材料有機結合，能夠有效地提高傳感器的熱穩定性和抗磁性。

申請號201410128545.0專利公開了二元碳材料-導電聚合物復合納米氣敏薄膜及其制備方法，所述二元碳材料為石墨烯材料與碳納米管、碳納米纖維、納米多孔碳或納米石墨中任一種的組合。該專利發揮不同材料間產生的協同效應和互補作用，制備出具有優異氣敏特性的復合納米薄膜。

申請號201510272072.6專利公開了一種石墨烯/多壁碳納米管/氧化鋅復合材料的電阻型氣體傳感器及制作方法，該專利實現了室溫條件下的氣體濃度檢測，并且具有較快的響應速度，但其恢復時間較熱導式氣體傳感器的恢復時間長，存在著一定的應用局限。

申請號201611123371.4專利公開了一種繞絲式鎳電阻敏感元件及制作方法，包括骨架、導電環、支撐件、鎳絲和錳銅絲；骨架為帶有螺紋孔的旋轉體。骨架上繞制有鎳絲，鎳絲在骨架上采用無感雙線繞制法繞制。該發明的傳感器工作性能穩定，可取代鉑電阻敏感溫元件運用到民用產品中。

申請號201711241843.0專利公開了一種熱物性探頭，包括：有絕緣膜層的熱絲螺旋狀繞制而成的探體；附著于探體外壁的保護層；連接所述探體兩個引出線的兩個接線端子。細長圓筒狀結構的探體為熱絲對折后雙線繞制。該熱物性探頭結構排布精密，測試精度高，有效降低探頭尺寸。

公開資料檢索可見，利用石墨烯/碳納米管/金屬氧化物三元復合材料制備高比表面積的氣體傳感器的敏感材料屬于研究熱點，但是利用碳納米管材料的多孔通路、石墨烯材料的高導熱性和α三氧化二鋁材料的熱穩定性進行三元復合作為敏感材料，以及采用雙線盤旋狀電阻條用以提高傳感器芯片抗磁性的熱導式傳感器未見報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種抗電磁干擾型熱導式氣體傳感器芯片及其制備方法。利用三元復合材料的比表面積高和熱穩定性強的特性、雙線盤旋狀電阻條具有削減外部電磁場對芯片電流干擾的作用，使敏感元件良好的熱交換效率和穩定性，以解決傳統傳感器使用場合局限性和熱穩定性差的問題，使傳感器能夠在電磁場干擾環境下正常工作，擴大了傳感器的使用范圍，同時縮短響應時間，提高檢測精度。