專利名稱：電化學(xué)球型納米傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電信號的傳感器，尤其涉及氣敏電化學(xué)納米傳感器。
背景技術(shù)：
氣敏傳感器是一種檢測特定氣體的傳感器，主要包括半導(dǎo)體氣敏電信號傳感器和接觸燃燒式氣敏傳感器，其中用的最多的是半導(dǎo)體氣敏電信號傳感器。主要用作一氧化碳?xì)怏w的檢測、瓦斯氣體的檢測、煤氣的檢測、氟利昂的檢測、呼氣中乙醇的檢測、人體口腔口臭的檢測和化工生產(chǎn)中氣體成分的檢測與控制等。半導(dǎo)體氣敏傳感器將氣體種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號，根據(jù)這些電信號的強弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中的存在情況有關(guān)的信息，從而可以進行檢測、監(jiān)控、報警；還可以通過接口電路與計算機組成自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。半導(dǎo)體氣敏電化學(xué)信號傳感器是利用氣體的吸附而使半導(dǎo)體本身的電導(dǎo)率發(fā)生變化這一機理來進行檢測的。某些氧化物半導(dǎo)體材料如Sn02、ZnO, Fe2O3> MgO, NiO, BaTiO3 等都具有氣敏效應(yīng)。半導(dǎo)體氣敏元件有N型和P型之分。N型在檢測時阻值隨氣體濃度的增大而減??；P型阻值隨氣體濃度的增大而增大。如SnA金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏材料，屬于 N型半導(dǎo)體，在200 300°C溫度它吸附空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當(dāng)遇到有能供給電子的可燃?xì)怏w(如CO等)時，原來吸附的氧脫附，而由可燃?xì)怏w以正離子狀態(tài)吸附在所述金屬氧化物半導(dǎo)體表面；氧脫附放出電子，可燃性氣體以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使氧化物半導(dǎo)體的電子密度增加，電阻值下降。當(dāng)可燃性氣體不復(fù)存在了，金屬氧化物半導(dǎo)體又會自動恢復(fù)氧的負(fù)離子吸附，使電阻值再升高到初始狀態(tài)。這就是半導(dǎo)體氣敏元件檢測可燃?xì)怏w的基本原理。目前國產(chǎn)的氣敏元件有2種。一種是直熱式，加熱絲和測量電極一同燒結(jié)在金屬氧化物半導(dǎo)體管芯內(nèi)；另一種是旁熱式，以陶瓷管為基底，管內(nèi)穿加熱絲，管外側(cè)有兩個測量極，測量極之間為金屬氧化物氣敏材料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。直熱式消耗功率大，穩(wěn)定性較差，故應(yīng)用逐漸減少。旁熱式性能穩(wěn)定，消耗功率小，而以陶瓷管為基底，存在著樣品載氣的流徑的死體積大、目標(biāo)檢測物與半導(dǎo)體材料表面接觸不充分的缺點，從而使分辨率及檢測靈敏度有局限性。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的提出，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺點，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、以空氣為載氣、運行成本低、可縮短檢測時間、具有良好的穩(wěn)定性及重現(xiàn)性、較高的檢測效率及精密度的半導(dǎo)體氧化物電化學(xué)信號球型納米傳感器。本實用新型的技術(shù)解決方案是這樣實現(xiàn)的一種電信號球型納米傳感器，其特征在于包括球型石英管，其中套裝陶瓷加熱球和/或石英加熱球，所述加熱球與球型石英管之間保持一定的空隙，并與球型石英管上的進樣口及放空口相通；所述加熱球中間固裝電阻絲，且通過球型石英管壁與加熱電源連接；加熱球的對應(yīng)位置上裝有檢測電極I、II，檢測電極I、II及加熱球的表面上均涂覆納米材料層，所述檢測電極I、II通過導(dǎo)線引出石英管外，經(jīng)電流表與PC機相連接。所述的納米材料層由氧化錫SnO2、氧化鋅aiO、三氧化二鐵!^e2O3、氧化鎂MgO、氧化鎳Ni0、鈦酸鋇BaTiO3中的一種組成。所述的球型石英管的內(nèi)徑為Φ 10 Φ 30mm，所述陶瓷加熱球和/或石英加熱球的直徑為Φ6 沈讓，二者之間的腔隙為2 4mm。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型的優(yōu)點表現(xiàn)在1.結(jié)構(gòu)簡單，合理，減少了流徑的死體積，提高了檢測效率；2.以空氣為載氣，檢測時間短，運行成本低；3.具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，提高了檢測精度。

本實用新型有附圖1幅，其中圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。在圖中1、球型石英管，2、進樣口，3、放空口，4、陶瓷或石英加熱球，5、電阻絲，6、 加熱電極I，7、加熱電極II，8、納米材料層，9、檢測電極I，10、檢測電極II，11、電流表，12、 測試電源。
具體實施方式
如圖1所示的一種電化學(xué)球型納米傳感器，其特征在于包括球型石英管1，其上帶有進樣口 2和放空口 3，在球型石英管1內(nèi)部有陶瓷(或石英)加熱球4，所述陶瓷(或石英)加熱球4的內(nèi)部有電阻絲5，電阻絲5與加熱電極16和加熱電極117相連，所述陶瓷(或石英)加熱球4由加熱電極16、117與球型石英管1固定，所述電極16、117之間施加電壓加熱陶瓷(或石英)加熱球4。在陶瓷(或石英)加熱球4表面涂有一層納米材料 8，所述納米材料8是半導(dǎo)體氧化物納米材料。在陶瓷(或石英)加熱球4的外表面相對位置裝有兩個檢測電極19、1110，其間聯(lián)接電流表11，所述電極9、10之間接測試電源12，電流表11所產(chǎn)生的電流為檢測信號，電流檢測信號通過微機處理。所述球型石英管的內(nèi)徑為10 30mm，所述陶瓷(或石英)加熱球的直徑為6 ^toirn,所述陶瓷(或石英)加熱球與球型石英管之間的腔隙為2 4mm，所述球型石英管兩側(cè)分別為進樣口和放空口。所述納米材料是半導(dǎo)體氧化物納米材料，如Sn02、ZnO, Fe2O3> MgO、NiO、BaTiO3中的一種。半導(dǎo)體氧化物電化學(xué)信號強度與目標(biāo)檢測物的濃度呈相關(guān)性。球型化設(shè)計。使樣品載氣的流徑死體積大大減小，使目標(biāo)檢測物組分在納米材料表面上的響應(yīng)時間大大縮短，信號響應(yīng)時間迅速；球型石英管、陶瓷(或石英)加熱球的尺寸相匹配，增強了信噪比； 球型石英管以及陶瓷(或石英)加熱球與球型的石英管之間腔隙的設(shè)計，保證了氣流以層流方式通過、目標(biāo)檢測物與納米材料表面充分接觸，使電化學(xué)信號類似色譜峰，分辨率及檢測靈敏度均大大提高；以空氣為載氣，進一步降低了檢測成本、提高了檢測效率。
權(quán)利要求1.一種電化學(xué)球型納米傳感器，其特征在于包括球型石英管(1)，其中套裝陶瓷加熱球和/或石英加熱球G)，所述加熱球(4)與球型石英管(1)之間保持一定的空隙，并與球型石英管(1)上的進樣口(2)及放空口(3)相通；所述加熱球中間固裝電阻絲(5)，且通過球型石英管壁與加熱電源連接；加熱球的對應(yīng)位置上裝有檢測電極I、II (9,10), 檢測電極I、II及加熱球⑷的表面上均涂覆納米材料層(8)，所述檢測電極I、II通過導(dǎo)線引出石英管外，經(jīng)電流表(11)與PC機相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)球型納米傳感器，其特征在于所述的納米材料層(8) 由氧化錫SnO2、氧化鋅&ι0、三氧化二鐵!^e2O3、氧化鎂MgO、氧化鎳NiO、鈦酸鋇BaTiO3中的一種組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)球型納米傳感器，其特征在于所述的球型石英管(1) 的內(nèi)徑為φ 10 Φ30mm，所述陶瓷加熱球和/或石英加熱球(4)的直徑為Φ6 ^πιπι，二者之間的腔隙為2 4mm。
專利摘要本實用新型公開了一種電化學(xué)球型納米傳感器，其特征在于包括球型石英管，石英管中套裝陶瓷加熱球和/或石英加熱球，所述加熱球與球型石英管內(nèi)腔保持一定間隙，并與球型石英管上的進樣口及放空口相通；加熱球中間嵌裝電阻絲，電阻絲與加熱電源連接；加熱球的對應(yīng)位置上裝有檢測電極，檢測電極與加熱球表面上均涂覆納米材料層，檢測電極通過導(dǎo)線引出石英管外，經(jīng)電流表與PC機相連接。本實用新型是對現(xiàn)有技術(shù)的改進，改變了目標(biāo)檢測物的流徑，減少了死區(qū)，提高了檢測精度和檢測效率，具有結(jié)構(gòu)簡單、合理和降低了成本的特點。
文檔編號G01N27/407GK202041499SQ201120043109
公開日2011年11月16日 申請日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月21日
發(fā)明者于麗華, 劉名揚, 牟明仁 申請人:大連交通大學(xué)