[發明專利]一種基于金屬氧化物納米晶的氣體傳感器及其使用方法

在審

• 申請號: 202010145447.3
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111272701A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 劉黎明;惠裕充;遲鋒;易子川;張智
• 申請（專利權）人: 電子科技大學中山學院
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/63
• 代理公司: 重慶萃智邦成專利代理事務所(普通合伙) 50231
• 代理人: 舒夢來

本發明涉及一種基于金屬氧化物納米晶的氣體傳感器，包括襯底層，所述襯底層的上方設置有金屬氧化物薄膜層,所述金屬氧化物薄膜層的上設置有多孔材料層，所述多孔材料層的上方設置有金屬氧化納米晶層；當待測氣體與傳感器接觸時，氣體分子與更多的氧負離子反應，生成更多的自由電子，這些自由電子返回金屬氧化物納米晶與金屬氧化物薄膜層，傳感器對紅外光的折射率發生劇烈變化，從而導致局域表面等離激元共振波長發生劇烈移動，通過局域表面等離激元共振波長的移動，就可以實現氣體分子的探測。

技術領域

本發明屬于氣體探測技術領域，具體涉及一種基于金屬氧化物納米晶的氣體傳感器及其使用方法。

背景技術

傳感器(英文名稱：transducer/sensor)是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。按照不同的功能與人類5大傳感器相比擬:傳感器主要分為:光敏傳感器——視覺，聲敏傳感器——聽覺，氣敏傳感器——嗅覺，化學傳感器——味覺，壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺。

氣敏傳感器又稱為氣體傳感器，是一種檢測氣體濃度的儀器。該儀器適用于存在可燃或有毒氣體的危險場所，能長期連續檢測空氣中被測氣體爆炸下限以內的含量。可廣泛應用于燃氣、石油化工、冶金、鋼鐵、煉焦、電力等存在可燃或有毒氣體的各個行業，是保證財產和人身安全的理想監測儀器。

目前制約氣體傳感器發展的主要原因有：氣體傳感器的靈敏度較低、選擇性較差、功耗大、制備工藝復雜、價格高等因素，而所有這些因素都與氣體傳感器所采用的敏感材料和氣體傳感器的結構有關。可以說，敏感材料與傳感器的結構是新型氣體傳感器乃至新的氣體傳感器技術的基礎與關鍵。

發明內容

本發明提供了一種基于金屬氧化物納米晶的氣體傳感器，包括襯底層，所述襯底層的上方設置有金屬氧化物薄膜層,所述金屬氧化物薄膜層的上方設置有多孔材料層，所述多孔材料層的上方設置有金屬氧化納米晶層。

所述金屬氧化納米晶層是由多個相互間隔的金屬氧化納米晶體組成。

所述金屬氧化納米晶體為正方體形狀，并且金屬氧化納米晶體為的邊長為1nm～50nm。

所述金屬氧化納米晶體為圓錐形狀，并且金屬氧化納米晶體的底面的為直徑長為10nm～50nm的圓形。

所述金屬氧化納米晶體為半球形，并且金屬氧化納米晶體的底面的為直徑長為10nm～50nm的圓形。

所述金屬氧化納米晶體還填充于多孔材料層的孔洞中。

所述金屬氧化納米晶層的上方覆蓋有石墨烯層。

所述多孔材料層是由多孔二氧化硅制成，并且該多孔材料層上的孔洞的寬度為1nm～50nm。

所述金屬氧化物薄膜層是氧化鐵(Fe₂O₃)、氧化銅(CuO)、氧化鋅(ZnO)、四氧化三鈷(Co₃O₄)、氧化鎳(NiO)、氧化鈦(TiO₂)、氧化鉬(MoO₃)、氧化錫(SnO₂)中的一種或多種組成。

所述金屬氧化納米晶層是由氧化鐵(Fe₂O₃)、氧化銅(CuO)、氧化鋅(ZnO)、四氧化三鈷(Co₃ O₄)、氧化鎳(NiO)、氧化鈦(TiO₂)、氧化鉬(MoO₃)、氧化錫(SnO₂)中的任意一種制成。

基于金屬氧化物納米晶的氣體傳感器的使用方法，包括如下步驟：

首先，在氧氣中應用不同波長的紅外線照射氣體傳感器，并測量表面等離激元共振波長；