一種石英晶體氣敏微量天平氣敏薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種石英晶體氣敏微量天平氣敏薄膜的制備方法，將Zn2+濃度為0.5-1mol/L的ZnO溶膠在室溫下靜態(tài)陳化24h即為ZnO晶種液；在石英晶振片的電極區(qū)域的表面涂覆ZnO晶種液，涂覆厚度小于0.05μm，采用紅外照射加熱方式對(duì)涂覆區(qū)域加熱至300-400℃，保溫度0.5-1h，自然冷卻；以形成有ZnO晶種層薄膜的石英晶振片作基底，采用水熱生長(zhǎng)法在石英晶振片的電極區(qū)域的表面形成ZnO氣敏薄膜，所得ZnO氣敏薄膜的厚度為0.1-1μm。本發(fā)明利用了納米ZnO比表面積大、熱穩(wěn)定性好、化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，首次在石英晶體微量天平的石英晶振片上制備出了納米棒陣列結(jié)構(gòu)的ZnO氣敏膜層，并利用該氣敏膜層實(shí)現(xiàn)了對(duì)微量天平表面改性，進(jìn)而達(dá)到增加污染氣體吸附的目的。
【專利說(shuō)明】一種石英晶體氣敏微量天平氣敏薄膜的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種污染環(huán)境監(jiān)測(cè)材料的制備方法，特別是一種石英晶體氣敏微量天 平氣敏薄膜的制備方法，屬于空間污染監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 污染是空間環(huán)境對(duì)航天器影響頗為嚴(yán)重的因素之一，是目前高可靠性、長(zhǎng)壽命航 天器非常重要的問(wèn)題，空間污染物會(huì)對(duì)航天器光學(xué)器件、熱控涂層等器件性能產(chǎn)生重要影 響。通常，污染可簡(jiǎn)化地定義為任何外來(lái)物質(zhì)的積累。在空間環(huán)境試驗(yàn)和在軌飛行中，航天 器表面的污染大體可分為分子污染和顆粒污染兩類(lèi)。航天器在軌運(yùn)行的有效壽命和應(yīng)用任 務(wù)的質(zhì)量和性能保障，均應(yīng)充分重視和認(rèn)真對(duì)待航天器表面污染問(wèn)題。對(duì)航天器表面污染 研宄中污染監(jiān)測(cè)、污染控制與清除是兩個(gè)重要的研宄內(nèi)容。通過(guò)航天器污染監(jiān)測(cè)研宄，可以 對(duì)航天器各部分及各階段的污染量進(jìn)行預(yù)估，便于采取適當(dāng)?shù)奈廴究刂拼胧?br> [0003] 目前有各種不同的污染傳感器，一般可以包括5種類(lèi)型的傳感器，即溫控石英晶 體微量天平（TQCM)、石英晶體粒子微量天平（QCPM)、電離規(guī)、熱涂層熱量計(jì)和光散射傳感 器。根據(jù)不同的任務(wù)，上述幾種傳感器都有所使用。
[0004] 微量天平的傳感器為石英晶體薄片，與相應(yīng)的電子學(xué)線路組成基本振蕩電路，此 時(shí)振蕩頻率取決于石英晶體的基準(zhǔn)頻率（如10MHz、15MHz等）。石英晶體微量天平是由兩 個(gè)相同的石英晶片組成，其中一個(gè)密封起來(lái)作為基準(zhǔn)，另一個(gè)暴露在環(huán)境中用于檢測(cè)。通過(guò) 接收到的晶片振蕩頻率的變化，來(lái)測(cè)量沉積在檢測(cè)用晶片上分子污染的質(zhì)量。隨著沉積在 晶片上的污染物質(zhì)量的增加，石英晶體的振蕩頻率會(huì)發(fā)生變化。其工作原理是利用石英晶 體共振頻率的變化Af與晶片上質(zhì)量的增加Am之間存在以下關(guān)系來(lái)完成的：
[0005]

【權(quán)利要求】
1. 一種石英晶體氣敏微量天平氣敏薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、制備ZnO晶種液；將Zn2+濃度為0. 5-lmol/L的ZnO溶膠在室溫下靜態(tài)陳化24h 即為ZnO晶種液； 步驟二、在石英晶振片的電極區(qū)域的表面涂覆步驟一制備得到的ZnO晶種液，ZnO晶種 液的涂覆厚度小于〇. 05 ym，采用紅外照射加熱方式對(duì)涂覆區(qū)域加熱至300-400°C，保溫度 0. 5-lh，自然冷卻，石英晶振片的涂覆區(qū)域表面形成ZnO晶種層薄膜； 步驟三、以步驟二獲得的形成有ZnO晶種層薄膜的石英晶振片作基底，采用水熱生 長(zhǎng)法在石英晶振片的電極區(qū)域的表面形成ZnO氣敏薄膜，所得ZnO氣敏薄膜的厚度為 0. 1-2 y m，所得ZnO氣敏薄膜呈納米棒陣列。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種石英晶體氣敏微量天平氣敏薄膜的制備方法，其 特征在于，步驟三中，水熱生長(zhǎng)法中所用生長(zhǎng)溶液的配置步驟是：分別配制濃度均為 0. 06-0. 12mol/L的六次甲基四胺溶液和硝酸鋅溶液，超聲5?10min，使兩種溶液混合均 勻，得到Zn2+濃度為0. 03-0. 06mol/L的混合溶液即為生長(zhǎng)溶液。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種石英晶體氣敏微量天平氣敏薄膜的制備方法，其特征在 于，步驟三中，采用水熱生長(zhǎng)法在石英晶振片的電極區(qū)域的表面形成ZnO氣敏薄膜的步驟 是：將基底與水平方向的夾角為70-90°放入生長(zhǎng)溶液中，在50-80°C下反應(yīng)2-4h，取出處 理后的基底用去離子水充分清洗，并晾干。
【文檔編號(hào)】G01N5/02GK104483226SQ201410746243
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】魏強(qiáng), 李薇, 許偉澤, 劉浩銳 申請(qǐng)人:天津大學(xué)