專利名稱：室溫醇類薄膜氣體傳感器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體傳感器及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前化學氣體傳感器使用半導體氧化物作為傳感材料，這種傳感器一般工作溫度 在300 500度，需要消耗大量的能量，所以限制了其在便攜領(lǐng)域的實際應(yīng)用。目前在安全 生產(chǎn)領(lǐng)域和便攜式個人傳感器領(lǐng)域迫切需要低功耗，室溫工作的低成本傳感器。已經(jīng)研究 的金屬氧化物醇類敏感元件材料主要集中在摻雜的Sn02、In203、ZnSn03及SmFe03，并且檢測 氣體多以乙醇氣體為主。文獻報道kg和Sb摻雜的Sn02敏感元件在6V的加熱電壓下，對 50ppm的乙醇氣體的靈敏度分別為5和48 ；SmFe03在工作溫度為370度時，對50ppm乙醇氣 體的靈敏度達到55左右；而復(fù)合氧化物傳感器&02-Fe203和Sn02-Fe203，在200度工作時對 lOOOppm的乙醇氣體的靈敏度達20以上；上述材料對醇類氣體檢測濃度都很高。Sb摻雜的 Sn02敏感元件在6V的加熱電壓下，對50ppm的乙醇氣體的靈敏度為48，但響應(yīng)和恢復(fù)時間 長，都在幾分鐘范圍內(nèi)；Sn02-Fe203敏感元件在200度工作時對lOOOppm的乙醇氣體的靈敏 度達20以上，但對其他醇類氣體的選擇性較差；由于甲醇、乙醇與丙醇的性質(zhì)極為相似，這 些材料對醇類氣體的選擇性響應(yīng)很差，實際操作溫度也較高，并且對醇類氣體的最低檢測 線很高，這給實際應(yīng)用帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有測量醇類氣體的敏感元件存在的響應(yīng)和恢復(fù) 時間長、氣體選擇性差、工作溫度高，對醇類氣體的最低檢測限較高的問題，提供了一種室 溫醇類薄膜氣體傳感器及其制備方法。本發(fā)明室溫醇類薄膜氣體傳感器由金叉指玻璃基片和氧化物薄膜組成，構(gòu)成氧化 物薄膜的氧化物通式是虬07，其中M為Cr、Ti、Zn、Fe、W或V，其中1彡x彡2，1彡y彡5， x、y為整數(shù)。室溫醇類薄膜氣體傳感器的制備方法如下一、制備氧化物溶膠將M(N03)y溶 于去離子水中，得到濃度為0. 01mol/L的M(N03)y溶液，加入濃度為6mol/L的濃鹽酸，得混 合液，混合液中M(N03)y與鹽酸的濃度比為2 4 1，然后在110°C的加熱套內(nèi)回流、加熱 混合液2 8小時，得到Mx0y氧化物溶膠，其中1彡x彡2，1彡y彡5，x、y為整數(shù)；二、將 金叉指玻璃基片以20 40毫米/分鐘的速度浸入Mx0y氧化物溶膠中停留2 5分鐘，再 以20 40毫米/分鐘的速度提起，然后將金叉指玻璃基片烘干；三、按照步驟二的順序反復(fù)操作十次；四、將經(jīng)過步驟三處理的金叉指玻璃基片在500°C的馬弗爐中燒結(jié)1小時，即 得室溫醇類薄膜氣體傳感器。
本發(fā)明的室溫醇類薄膜氣體傳感器響應(yīng)和恢復(fù)時間短，本發(fā)明的室溫醇類薄膜氣 體傳感器的樣品粒度分布均勻，粒子呈橢球形，粒子直徑在12 15nm范圍內(nèi)。室溫醇類薄 膜氣體傳感器在室溫下對低濃度醇類氣體有很好的敏感性能。室溫醇類薄膜氣體傳感器有 能力對環(huán)境中的低濃度丙醇氣體進行選擇性響應(yīng)。特別是對2ppm低濃度的丙醇氣體進行 檢測，室溫醇類薄膜氣體傳感器的靈敏度達到3. 1。本發(fā)明室溫醇類薄膜氣體傳感器可以選 擇性地對醇類氣體進行響應(yīng)，并且在室溫下即可以檢測濃度為2ppm的醇類氣體。


圖1是具體實施方式
十二中制備的室溫醇類薄膜氣體傳感器的顯微結(jié)構(gòu)圖；圖2 是具體實施方式
十二中制備的室溫醇類薄膜氣體傳感器對不同濃度乙醇氣體的響應(yīng)和恢 復(fù)特性曲線圖；圖3是具體實施方式
十、十一和十二制備的室溫醇類薄膜氣體傳感器室溫 下對乙醇氣體的靈敏度曲線，-表示具體實施方式
十制備的室溫醇類薄膜氣體傳感器 室溫下對乙醇氣體的靈敏度曲線，-▲-表示具體實施方式
十一制備的室溫醇類薄膜氣體 傳感器室溫下對乙醇氣體的靈敏度曲線，-·_表示具體實施方式
十二制備的室溫醇類薄 膜氣體傳感器室溫下對乙醇氣體的靈敏度曲線；圖4是具體實施方式
十、十一和十二制備 的室溫醇類薄膜氣體傳感器室溫下對丙醇氣體的靈敏度曲線，-表示具體實施方式
十 制備的室溫醇類薄膜氣體傳感器室溫下對丙醇氣體的靈敏度曲線，-A-表示具體實施方 式十一制備的室溫醇類薄膜氣體傳感器室溫下對丙醇氣體的靈敏度曲線，- -表示具體 實施方式十二制備的室溫醇類薄膜氣體傳感器室溫下對丙醇氣體的靈敏度曲線。
具體實施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的 任意組合。
具體實施方式
一本發(fā)明室溫醇類薄膜氣體傳感器由金叉指玻璃基片和氧化 物薄膜組成，構(gòu)成氧化物薄膜的氧化物通式是MxOy，其中M為Cr、Ti、Zn、Fe、W或V，其中 1彡χ彡2，1彡y彡5，x、y為整數(shù)。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是構(gòu)成氧化物薄膜的氧化 物通式是Cr03。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是構(gòu)成氧化物薄膜的氧化 物通式是Ti02。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是構(gòu)成氧化物薄膜的氧化 物通式是ZnO。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一不同的是構(gòu)成氧化物薄膜的氧化物通式是Fe203。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一不同的是構(gòu)成氧化物薄膜的氧化 物通式是wo3。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一不同的是構(gòu)成氧化物薄膜的氧化 物通式是％05。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八本實施方式中室溫醇類薄膜氣體傳感器的制備方法如下一、 制備氧化物溶膠將M(NO3)y溶于去離子水中，得到濃度為0. 01mol/L的M(NO3)y溶液，加入 濃度為6mol/L的濃鹽酸，得混合液，混合液中M(NO3)y與鹽酸的濃度比為2 4 1，然后 在110°C的加熱套內(nèi)回流、加熱混合液2 8小時，得到MxOy氧化物溶膠，其中1 < χ < 2， 1 < y < 5，χ、y為整數(shù)；二、將金叉指玻璃基片以20 40毫米/分鐘的速度浸入MxOy氧 化物溶膠中停留2 5分鐘，再以20 40毫米/分鐘的速度提起，然后將金叉指玻璃基 片烘干；三、按照步驟二的順序反復(fù)操作十次；四、將經(jīng)過步驟三處理的金叉指玻璃基片在 500°C的馬弗爐中燒結(jié)1小時，即得室溫醇類薄膜氣體傳感器。本實施方式中所用的金叉指玻璃基片由哈爾濱敏感技術(shù)研究所生產(chǎn)。
具體實施方式
九本實施方式中室溫醇類薄膜氣體傳感器的制備方法如下一、 制備氧化物溶膠將M(NO3)y溶于去離子水中，得到濃度為0. 01mol/L的M(NO3)y溶液，力口 入濃度為6mol/L的濃鹽酸，得混合液，混合液中M(NO3)y與鹽酸的濃度比為2 1，然后在 110°C的加熱套內(nèi)回流、加熱混合液4小時，得到MxOy氧化物溶膠，其中1彡χ彡2，1彡y彡5， 其中x、y為整數(shù)；二、將金叉指玻璃基片以30毫米/分鐘的速度浸入MxOy氧化物溶膠中停 留3分鐘，再以30毫米/分鐘的速度提起，然后將金叉指玻璃基片在80°C的烘箱中烘干；
三、按照步驟二的順序反復(fù)操作十次；四、將經(jīng)過步驟三處理的金叉指玻璃基片在500°C的 馬弗爐中燒結(jié)1小時，即得室溫醇類薄膜氣體傳感器。
具體實施方式
十本實施方式中室溫醇類薄膜氣體傳感器的制備方法如下一、 制備氧化物溶膠將ZnNO3溶于去離子水中，得到濃度為0. 01mol/L的ZnNO3溶液，加入濃度 為6mol/L的濃鹽酸，得混合液，混合液中ZnNO3與鹽酸的濃度比為2 1，然后在110°C的 加熱套內(nèi)回流、加熱混合液4小時，得到ZnO氧化物溶膠；二、將金叉指玻璃基片以30毫米 /分鐘的速度浸入ZnO氧化物溶膠中停留3分鐘，再以30毫米/分鐘的速度提起，然后將金 叉指玻璃基片在80°C的烘箱中烘干；三、按照步驟二的順序反復(fù)操作十次；四、將經(jīng)過步驟 三處理的金叉指玻璃基片在500°C的馬弗爐中燒結(jié)1小時，即得ZnO室溫醇類薄膜氣體傳感
ο具體實施方式
十一本實施方式中室溫醇類薄膜氣體傳感器的制備方法如下 一、制備氧化物溶膠將Ti (NO3) 2溶于去離子水中，得到濃度為0. Olmol/L的Ti (NO3) 2溶液， 加入濃度為6mol/L的濃鹽酸，得混合液，混合液中Ti (NO3)2與鹽酸的濃度比為2 1，然后 在110°C的加熱套內(nèi)回流、加熱混合液4小時，得到TiO2氧化物溶膠；二、將金叉指玻璃基 片以30毫米/分鐘的速度浸入TiO2氧化物溶膠中停留3分鐘，再以30毫米/分鐘的速度 提起，然后將金叉指玻璃基片在80°C的烘箱中烘干；三、按照步驟二的順序反復(fù)操作十次；
四、將經(jīng)過步驟三處理的金叉指玻璃基片在500°C的馬弗爐中燒結(jié)1小時，即得TiO2室溫醇 類薄膜氣體傳感器。
具體實施方式
十二 本實施方式中室溫醇類薄膜氣體傳感器的制備方法如下一、制備氧化物溶膠將Fe (NO3) 3溶于去離子水中，得到濃度為0. 01mol/L的Fe (NO3) 3溶液，加入濃度為6mol/L的濃鹽酸，得混合液，混合液中Fe (NO3)3與鹽酸的濃度比為2 1，然后 在110°C的加熱套內(nèi)回流、加熱混合液4小時，得到Fe2O3氧化物溶膠；二、將金叉指玻璃基 片以30毫米/分鐘的速度浸入Fe2O3氧化物溶膠中停留3分鐘，再以30毫米/分鐘的速度 提起，然后將金叉指玻璃基片在80°C的烘箱中烘干；三、按照步驟二的順序反復(fù)操作十次； 四、將經(jīng)過步驟三處理的金叉指玻璃基片在500°C的馬弗爐中燒結(jié)1小時，即得Fe2O3室溫 醇類薄膜氣體傳感器。由圖1看出本實施方式所得室溫醇類薄膜氣體傳感器的樣品粒度分布均勻，粒子 呈橢球形，粒子直徑在12 15nm范圍內(nèi)。圖2中的曲線為本實施方式所得室溫醇類薄膜氣體傳感器室溫下在測試30ppm的 乙醇氣體時，其靈敏度的響應(yīng)和恢復(fù)特征曲線。室溫醇類薄膜氣體傳感器靈敏度的計算公 式定義為室溫醇類薄膜氣體傳感器在測試氣氛中電阻值與在空氣中電阻值的比值，響應(yīng)時 間和恢復(fù)時間定義為達到阻值變化最大值90%所需要的時間。從圖2可以看出本實施方式 所得室溫醇類薄膜氣體傳感器對乙醇氣體的靈敏度為11. 2，室溫醇類薄膜氣體傳感器的響 應(yīng)時間和恢復(fù)時間分別為20s和48s，響應(yīng)時間短于相應(yīng)的恢復(fù)時間。此曲線圖說明本實 施方式所得室溫醇類薄膜氣體傳感器在置于醇類氣體中進行響應(yīng)之后，重新回到空氣環(huán)境 時，能迅速恢復(fù)期正常數(shù)值，表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性。由圖3中可以看出當乙醇氣體濃度為IOppm時，F(xiàn)e2O3室溫醇類薄膜氣體傳感器、 ZnO室溫醇類薄膜氣體傳感器和TiO2室溫醇類薄膜氣體傳感器的靈敏度分別為5. 1、2. 7和 1. 9。并且在相同的測試濃度下Fe2O3室溫醇類薄膜氣體傳感器的靈敏度要明顯高于其他室 溫醇類薄膜氣體傳感器。說明室溫醇類薄膜氣體傳感器在室溫下對低濃度醇類氣體有很好 的敏感性能。由圖4中可以看出在濃度達到5ppm時Fe2O3室溫醇類薄膜氣體傳感器的靈敏度與 其他敏感元件的靈敏度差值達5. 8，說明室溫醇類薄膜氣體傳感器有能力對環(huán)境中的低濃 度丙醇氣體進行選擇性響應(yīng)。特別是對2ppm低濃度的丙醇氣體進行檢測，F(xiàn)e2O3室溫醇類薄 膜氣體傳感器的靈敏度達到3. 1，說明該材料是一種理想的檢測低濃度醇類氣體敏感材料， 并且在相同的測試濃度下Fe2O3室溫醇類薄膜氣體傳感器的靈敏度要明顯高于其他敏感元 件。由此可見室溫醇類薄膜氣體傳感器可以選擇性地對醇類氣體進行響應(yīng)，并且在室 溫下即可以檢測濃度為2ppm的醇類氣體。因此它很適合作為敏感元件，對實際工作和生活 環(huán)境中的醇類氣體濃度進行監(jiān)測。
權(quán)利要求
室溫醇類薄膜氣體傳感器，其特征在于室溫醇類薄膜氣體傳感器由金叉指玻璃基片和氧化物薄膜組成，構(gòu)成氧化物薄膜的氧化物通式是MxOy，其中M為Cr、Ti、Zn、Fe、W或V，其中1≤x≤2，1≤y≤5，x、y為整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室溫醇類薄膜氣體傳感器，其特征在于構(gòu)成氧化物薄膜的氧 化物通式是Cr03。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室溫醇類薄膜氣體傳感器，其特征在于構(gòu)成氧化物薄膜的氧 化物通式是Ti02。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室溫醇類薄膜氣體傳感器，其特征在于構(gòu)成氧化物薄膜的氧 化物通式是ZnO。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室溫醇類薄膜氣體傳感器，其特征在于構(gòu)成氧化物薄膜的氧 化物通式是Fe203。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室溫醇類薄膜氣體傳感器，其特征在于構(gòu)成氧化物薄膜的氧 化物通式是W03。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室溫醇類薄膜氣體傳感器，其特征在于構(gòu)成氧化物薄膜的氧 化物通式是V205。
8.權(quán)利要求1所述的室溫醇類薄膜氣體傳感器的制備方法，其特征在于室溫醇類薄膜 氣體傳感器的制備方法如下一、制備氧化物溶膠將M(N03)y溶于去離子水中，得到濃度為 0. 01mol/L的M(N03)y溶液，加入濃度為6mol/L的濃鹽酸，得混合液，混合液中M(N03)y與鹽 酸的濃度比為2 4 1，然后在110°C的加熱套內(nèi)回流、加熱混合液2 8小時，得到Mx0y 氧化物溶膠，其中1 < x < 2，1 < y < 5，x、y為整數(shù)；二、將金叉指玻璃基片以20 40毫 米/分鐘的速度浸入Mx0y氧化物溶膠中停留2 5分鐘，再以20 40毫米/分鐘的速度 提起，然后將金叉指玻璃基片烘干；三、按照步驟二的順序反復(fù)操作十次；四、將經(jīng)過步驟 三處理的金叉指玻璃基片在500°C的馬弗爐中燒結(jié)1小時，即得室溫醇類薄膜氣體傳感器。
全文摘要
室溫醇類薄膜氣體傳感器及其制備方法，它涉及一種氣體傳感器及其制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有測量醇類氣體的敏感元件存在的響應(yīng)和恢復(fù)時間長、氣體選擇性差、工作溫度高，對醇類氣體的最低檢測限較高的問題。本發(fā)明室溫醇類薄膜氣體傳感器由金叉指玻璃基片和氧化物薄膜組成，制備方法如下一、制備氧化物溶膠；二、處理金叉指玻璃基片；三、按照步驟二的順序反復(fù)操作十次；四、將經(jīng)過步驟三處理的金叉指玻璃基片燒結(jié)，即得室溫醇類薄膜氣體傳感器。本發(fā)明的室溫醇類薄膜氣體傳感器響應(yīng)和恢復(fù)時間短，本發(fā)明室溫醇類薄膜氣體傳感器可以選擇性地對醇類氣體進行響應(yīng)，并且在室溫下即可以檢測濃度為2ppm的醇類氣體。
文檔編號G01N27/407GK101799446SQ20101014872
公開日2010年8月11日 申請日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者孫麗萍, 李強, 程曉麗, 霍麗華, 高山 申請人:黑龍江大學