本發(fā)明涉及適用檢測特定氣體的氣敏元件、氣敏裝置和檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在工業(yè)和日常生活中，氣敏傳感器具有廣泛用途。尤其在例如采掘、化工、能源生產(chǎn)等領(lǐng)域，都需要對氫氣濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。近年來，氫氣在新能源領(lǐng)域中的應(yīng)用引起了極大的關(guān)注，特別是對于燃料電池、氫動力汽車，準(zhǔn)確迅速地檢測氫氣濃度尤為關(guān)鍵，因而目前非常需要能夠精確檢測氫氣的傳感器。但是，傳統(tǒng)的氫敏傳感器存在著靈敏度低、工作溫度較高等缺點(diǎn)，不能很好地滿足實(shí)際使用的需求。為改進(jìn)氣敏裝置的性能，現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)開展了很多努力。
cn201410315326.3公開了一種選擇性氫氣氣敏傳感器，所包括氣的敏材料為鉑摻雜的氧化錫納米材料，其檢測范圍：100ppm-100000ppm(氣體體積分?jǐn)?shù)：1ppm＝1x10-6)；工作溫度：200℃-400℃；檢測靈敏度：5-500；反應(yīng)時(shí)間：小于2min；恢復(fù)時(shí)間：小于3min。但是，該文獻(xiàn)教導(dǎo)鉑摻雜在氧化錫顆粒中，而不是呈獨(dú)立的鉑顆粒形式，工作溫度較高。
cn201010291452.1公開了一種氫氣傳感器中的鈀-納米二氧化錫薄膜狀電極制備方法。根據(jù)該文獻(xiàn)的記載，將二氧化錫摻入鈀等貴金屬可以提高靈敏度、減少響應(yīng)時(shí)間，還可以降低操作溫度。包括鈀-納米二氧化錫薄膜狀電極的傳感器，響應(yīng)時(shí)間較短，穩(wěn)定性和重復(fù)性都較好，特別適合于室溫檢測。但是，從該文獻(xiàn)所實(shí)現(xiàn)的效果看，其靈敏度低，很難實(shí)際應(yīng)用。
因此，目前仍然需要進(jìn)一步改進(jìn)氣敏傳感器的性能。另一方面，還希望能夠方便可靠地實(shí)時(shí)檢測特定氣體的濃度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
出人意料地，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)薄膜器件存在尚未解決的問題，例如易于吸附大量的雜質(zhì)氣體，或者不易形成適當(dāng)?shù)碾姌O結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致性能不穩(wěn)定。此外， 目前得到的傳感器需要在較高溫度下運(yùn)行，這給實(shí)際應(yīng)用帶來很多不便。此外，近年來嘗試的一些氣敏器件往往依賴于非常精細(xì)結(jié)構(gòu)，例如納米薄膜，因此，性能不穩(wěn)定，良品率低，難以實(shí)際使用。事實(shí)上，現(xiàn)有的各種電子器件隨著工藝尺寸逐漸變小，也存在著良品率低的問題。因此，雖然現(xiàn)有技術(shù)針對氣敏元件/傳感器進(jìn)行了大量的研究，報(bào)道了有利的性能，但是還不能可靠地獲得具備穩(wěn)定性能的實(shí)用產(chǎn)品。而目前工業(yè)部門使用的仍然是需要較高工作溫度的復(fù)雜裝置。
本發(fā)明出人意料地實(shí)現(xiàn)了高良品率的性能穩(wěn)定的氣敏元件/傳感器，其尤其能夠應(yīng)用于各類需要檢測氣體的場合。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的氣敏元件/傳感器不僅具備高的良品率，而且更優(yōu)選這些產(chǎn)品個(gè)體之間在性能上具備優(yōu)良的一致性、穩(wěn)定性。因此，在本說明書的至少一部分中，采用“一致性、穩(wěn)定性”進(jìn)行說明時(shí)，同時(shí)也滿足/涵蓋了良品率要求。需要指出，此處的良品率不依賴于針對成品的檢測篩選，而是產(chǎn)品的成分和結(jié)構(gòu)的反映，產(chǎn)品的成分和結(jié)構(gòu)使得成品能夠具備這樣的優(yōu)異性能。例如通過針對現(xiàn)有產(chǎn)品的深入研究，可以意識到現(xiàn)有產(chǎn)品含有的一些成分，可能是使其不具備有利的性能的原因，因而在一些實(shí)施方案中，通過控制產(chǎn)品的成分，確保了所希望的性能。此外，本發(fā)明的一些實(shí)施方案通過形成相對致密的氧化物結(jié)構(gòu)(例如燒結(jié)體)，同時(shí)保持晶?；静婚L大，并保持一定的氣孔率，顯著降低了納米尺度缺陷對性能的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的性能。在一個(gè)實(shí)施方案中，氣敏結(jié)構(gòu)的最小尺寸優(yōu)選不小于500微米，尤其是不小于1毫米、1.5毫米、2毫米、或者2.5毫米，從而可以有利地避免局部納米缺陷造成的影響，確保充分形成感測網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明通過深入研究，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，獲得了能夠?qū)崿F(xiàn)室溫檢測的氣敏元件和/或傳感器，氣敏裝置和檢測系統(tǒng)。有利的是，所述氣敏元件和/或傳感器具有高度一致性、穩(wěn)定性，能夠可靠地檢測尤其是氫氣。優(yōu)選地，所述氣敏元件和/或傳感器具有優(yōu)異的抗失活能力，即使在包含雜質(zhì)氣體的混合物中，也能夠可靠地檢測氫氣濃度。而現(xiàn)有技術(shù)的氣敏元件和/或傳感器還不能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
在本發(fā)明中，氣敏傳感器(例如氣敏傳感器)是響應(yīng)特定氣體的物理量(例如濃度)而提供電輸出的于用于檢測特定氣體的器件。氣敏元件和/或敏感元件是指氣敏器件或氣敏裝置中直接影響檢測性能并表現(xiàn)出檢測活性的部分。
在現(xiàn)有技術(shù)中，一些報(bào)道的具有較高檢測性能的氣敏裝置往往依賴于特 定工藝獲得的薄膜氣敏材料，其耐用性、可靠性和一致性較低，不同器件之間的性能差異較大，成本高。出人意料地，本發(fā)明能夠提供具有高一致性、穩(wěn)定性的氣敏元件。
本發(fā)明的一些實(shí)施方案涉及一種氣敏元件，包括氣敏材料，尤其是基于氧化物的氣敏材料，所述氣敏材料能夠穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)以下一項(xiàng)或更多項(xiàng)檢測指標(biāo)：特定工作溫度下的檢測靈敏度、響應(yīng)時(shí)間、選擇性和/或檢測極限，所述“能夠穩(wěn)定地獲得以下一項(xiàng)或更多項(xiàng)檢測指標(biāo)”是指由氣敏材料制造的氣敏元件和/或裝置具有檢測穩(wěn)定性，優(yōu)選所述穩(wěn)定性尤其能夠使得1)由氣敏材料制造的一定數(shù)量(例如不少于30個(gè))的氣敏元件和/或裝置測得的檢測指標(biāo)均落在平均值的±50％，尤其是±30％，更尤其是±20％，甚至是±10％；和/或2)由氣敏材料制造的氣敏元件和/或裝置在至少10個(gè)檢測循環(huán)(檢測-恢復(fù)循環(huán))，至少20個(gè)、至少30個(gè)、至少50個(gè)、甚至至少100個(gè)檢測循環(huán)后，檢測靈敏度相比于第一個(gè)循環(huán)后的靈敏度的比值大于80％，大于85％，大于90％，甚至大于95％，甚至大于98％。
一些實(shí)施方案的氣敏元件能夠穩(wěn)定地獲得以下一項(xiàng)或更多項(xiàng)檢測指標(biāo)：特定工作溫度下的檢測靈敏度、響應(yīng)時(shí)間、選擇性和/或檢測極限。優(yōu)選地，每個(gè)氣敏元件的檢測指標(biāo)均落在平均值的±50％。尤其是±30％，更尤其是±20％，甚至是±10％。尤其有利的是，在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供包括上述氣敏元件的陣列。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供包括上述氣敏元件的氣敏傳感器的陣列。這樣的陣列是現(xiàn)有技術(shù)所不易實(shí)現(xiàn)的。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述氣敏材料能夠在較低的工作溫度例如不高于100攝氏度下(例如80、70、60、或50攝氏度，尤其有利的是工作溫度不高于40攝氏度，更尤其是能夠在室溫下)，對于濃度為例如1％的氫氣(檢測氣體包含例如1％的氫氣)，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測靈敏度大于5(該靈敏度定義為包括該氣敏材料的元件在空氣中電阻與在測試氣體中電阻的比值)，優(yōu)選大于10、20、30、或35。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，對于1％的氫氣，氣敏材料使得在工作溫度在室溫條件下的檢測靈敏度大于20、30甚至大于50。在另一實(shí)施方案中，對于0.1％的氫氣，氣敏材料可使得在工作溫度在室溫條件下的檢測靈敏度大于3、5甚至大于10。
一些實(shí)施方案提供抗失活的氣敏元件和/或傳感器，所述氣敏元件和/或傳感器出人意料地具有優(yōu)異的抗失活能力，即使在包含雜質(zhì)氣體的混合物中，也仍然能夠保持檢測氫氣的能力，尤其是檢測氫氣的靈敏度基本不下降。優(yōu)選地，所述抗失活的氣敏元件和/或傳感器是基于氧化錫的，優(yōu)選使用彌散 分布的鉑作為催化劑。與之相對，一些現(xiàn)有氧化物半導(dǎo)體傳感器存在失活現(xiàn)象，在含有一定雜質(zhì)氣體時(shí)，會明顯降低甚至失去檢測氫氣的能力。
在一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種氣敏元件，包括氣敏材料，尤其是基于氧化物的氣敏材料，所述氣敏材料能夠在較低的工作溫度例如不高于100攝氏度下(例如80、70、60、或50攝氏度，尤其有利的是工作溫度不高于40攝氏度，更尤其是能夠在室溫下)，對于包含氫氣的檢測氣體，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測靈敏度大于5，優(yōu)選大于10、20、30、35、50或者80。所述檢測氣體包含濃度為例如小于5％的氫氣，或者0.01-1％的氫氣，任選地，所述檢測氣體還可包含氧氣。
在一些實(shí)施方案中，提供氣敏傳感器，包括本發(fā)明的氣敏元件。
在一些實(shí)施方案中，提供檢測系統(tǒng)或控制系統(tǒng)，包括：至少一個(gè)前述的氣敏元件或包括該氣敏元件的傳感器；用于各個(gè)傳感器和/或氣敏元件的檢測氣體通道和任選的校正氣體通道以及數(shù)據(jù)獲取及處理模塊。
在一些實(shí)施方案中，提供檢測系統(tǒng)或控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)在每個(gè)檢測點(diǎn)包括至少一個(gè)溫度傳感器和至少一個(gè)氣敏傳感器(尤其包括前述權(quán)利要求的氣敏元件)，與傳感器相連的測量和控制模塊，所述模塊適于將所述傳感器提供的與特定氣體和溫度相關(guān)的物理量和/或信號生成數(shù)據(jù)信號和控制信號，所述數(shù)據(jù)信號例如包括特定氣體濃度信號和溫度信號，任選還可以包括基于所述模塊提供的控制信號將氣敏傳感器的工作溫度控制在特定范圍的溫控裝置。所述測量和控制模塊例如能夠基于溫度信號形成所述控制信號，或者在無需溫控裝置時(shí)例如基于內(nèi)置的程序能夠根據(jù)溫度信號修正氣體濃度信號。
在一些實(shí)施方案中，提供氣敏智能傳感器尤其是氣敏網(wǎng)絡(luò)智能傳感器，包括內(nèi)置氣敏材料的氣敏單元，與氣敏單元相連的檢測電路，接受并處理檢測電路信號的信號處理單元。
附圖說明
為了更好理解本發(fā)明，提供下述示例性附圖以便說明本公開一些具體例子，在附圖中還涉及具體的數(shù)值。然而應(yīng)理解，本發(fā)明不限于所示出的具體技術(shù)細(xì)節(jié)。
圖1為展示根據(jù)實(shí)施例1的氣敏元件在室溫下對于包含1％氫氣的空氣的電阻響應(yīng)；
圖2為根據(jù)實(shí)施例1的氣敏元件所包含的氣敏材料的xrd圖；
圖3為根據(jù)實(shí)施例1的氣敏元件所包含的氣敏材料的顯微照片；
圖4為根據(jù)實(shí)施例1的氣敏元件在室溫下針對包含不同濃度氫氣的空氣的電阻響應(yīng)曲線。
圖5為根據(jù)對比例1的氧化鈦基氣敏元件在室溫下在檢測氣體包含一定濃度氧氣或不含氧氣時(shí)對氫氣感測的電阻響應(yīng)曲線。
具體實(shí)施方式
以下將參考本發(fā)明的一些非限制性具體例子，并結(jié)合附圖描述本發(fā)明實(shí)施方案的氣敏元件、氣敏裝置(尤其是智能傳感器)和檢測系統(tǒng)，但是下面的描述僅僅出于說明目的，而不是用于限制本發(fā)明的范圍。
在本發(fā)明中，尤其有利的是，氣敏材料具有抗失活能力，因此，氣敏材料能夠廣泛地用于檢測包含于氣體混合物中的特定氣體(氫氣)，并具備高的檢測靈敏度。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，氣敏材料的檢測靈敏度大于10，20、30甚至大于50，其中所述檢測氣體中含有一定濃度的氫氣(例如濃度為1％的氫氣)。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，氣敏材料能夠響應(yīng)不同濃度的氫氣，產(chǎn)生明顯的電阻變化，因此能夠用于檢測氫氣的濃度。出人意料的是，所述氣敏材料能夠檢測混有載氣以外的其他氣體例如氧氣的混合氣體中的氫氣濃度。氣敏材料對于不同的氫氣濃度能夠產(chǎn)生相應(yīng)的電阻變化。可以根據(jù)所檢測的電阻變化，通過與參考?xì)錃鉂舛?電阻曲線進(jìn)行比對，從而確定相應(yīng)的氫氣濃度。氣敏材料可檢測寬范圍的氫氣濃度，例如對于1-10vol％的氫氣濃度，甚至能夠用于檢測0.01-1％之間的氫氣濃度。在一個(gè)實(shí)施方案中，對于0.1vol％的氫氣濃度，氫敏材料的靈敏度大于3、5、8、或者10，或者甚至大于20。
本發(fā)明的氣敏材料能夠迅速獲得，一些實(shí)施方案的氣敏材料在檢測氫氣(例如1％濃度，室溫)時(shí)的響應(yīng)時(shí)間小于1分鐘，尤其是小于30秒、20秒，優(yōu)選不超過10秒。
下面結(jié)合一些示例性的實(shí)施例描述本發(fā)明，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)更為清晰。
氣敏材料
本發(fā)明人出人意料地發(fā)現(xiàn)，金屬氧化物基氣敏材料甚至在室溫下即能夠 實(shí)現(xiàn)針對特定氣體尤其是氫氣的檢測。在現(xiàn)有技術(shù)中，對氫氣的檢測，往往需要將氣敏材料加熱到數(shù)百度的較高溫度。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，氣敏材料能夠?qū)崿F(xiàn)高的靈敏度和/或選擇性。
氣敏材料的結(jié)構(gòu)
在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，該氣敏材料包括具有聯(lián)通氣孔的氧化物結(jié)構(gòu)和分散在該氧化物結(jié)構(gòu)中的催化劑顆粒。在所述氧化物結(jié)構(gòu)中，相鄰氧化物顆粒通過頸部粘合，并且在所述氧化物顆粒之間限定所述連通氣孔。
在一些實(shí)施方案中，氣敏材料包括氧化物結(jié)構(gòu)和分散在該氧化物結(jié)構(gòu)中的催化劑顆粒。在所述氧化物結(jié)構(gòu)包括大量的氧化物顆粒，相鄰的氧化物顆粒通過在頸部粘合從而連接在一起，而沒有發(fā)生與周圍氧化物顆粒的完全粘合。因此，在所述氧化物結(jié)構(gòu)中，存在顯著的由所述氧化物顆粒限定的連通氣孔。
在一些實(shí)施方案中，所述氧化物結(jié)構(gòu)中的氧化物顆粒的平均尺寸是形成所述氧化物顆粒的粉體一次顆粒的平均尺寸的1.2倍以下，尤其是1.1倍以下、1.05倍以下以及1.03倍以下。在一些實(shí)施方案中，氣敏材料的(體積)氣孔率是7-50％，尤其是15-40％，更尤其是18-28％。在一些特定實(shí)施方案中，氣敏材料的(體積)氣孔率尤其是7-30％，或者8-25％，尤其是9-20％，或者可以是10-15％。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，氧化物結(jié)構(gòu)主要由基本均勻的納米顆粒構(gòu)成。在一些實(shí)施方案中，所述氧化物結(jié)構(gòu)中的氧化物顆粒的粒徑分布包括至少兩個(gè)峰。尤其是，在一些實(shí)施方案中，所述氧化物結(jié)構(gòu)中的氧化物顆粒的粒徑分布包括第一峰和第二峰，第一峰落入10-100納米的范圍，尤其是10-50納米，15-40納米，20-30納米；第二峰落入100-800納米的范圍，尤其是120-600納米，150-500納米，180-450納米，150-200納米，或者200-400納米，200-300納米。在一些實(shí)施方案的氧化物結(jié)構(gòu)中，第一峰附近(正負(fù)10％)的顆粒數(shù)占總數(shù)的5-50％，尤其是8-40％，10-35％，12-25％，15-25％；第二峰附近(正負(fù)10％)的顆粒數(shù)占總數(shù)的30-90％，尤其是40-80％，40-70％，或者50-90％，55-70％。
本發(fā)明的一些實(shí)施方案涉及基于氧化物的氣敏材料和傳感器，所述氣敏材料包括具有聯(lián)通氣孔的氧化物結(jié)構(gòu)和分散在該氧化物結(jié)構(gòu)中的催化劑顆粒。在所述氧化物結(jié)構(gòu)中，相鄰氧化物顆粒通過頸部粘合，并且在所述氧化物顆粒之間限定所述連通氣孔。在一些實(shí)施方案中，氣敏材料的bet表面 積在10-70m2/g。在一些實(shí)施方案中，所述氣敏材料的bet表面積在0.5-9m2/g，尤其是在1-3m2/g。在一些實(shí)施方案中，氣敏材料由粉體燒結(jié)形成，粉體的bet表面積與燒結(jié)后得到的氣敏材料的bet表面積之比在1：0.2-0.8之間，尤其是1：0.3-0.75之間，尤其是1：0.35-0.6之間，或者是1：0.25-0.5之間。
氣敏材料的成分
氣敏材料中的氧化物可以選自氣敏活性氧化物材料，活性氧化物材料的例子包括基于氧化錫的材料，zno:sb，wo3,sno2，in2o3–tio2，zno:cu，sno2:cds，v2o5，moo3，ga2o3，fe2o3，氧化錫-氧化鋅復(fù)合物。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，尤其有利的氧化物是基于氧化錫的活性材料，例如氧化錫陶瓷或氧化錫和至少另外氧化物(例如氧化鋅、氧化鐵或氧化鈦)的復(fù)合物。其中，基于氧化錫的活性材料是指氧化錫含量不小于50重量％，尤其不小于60重量％，不小于65重量％，不小于75重量％，不小于80重量％，不小于85重量％，不小于90重量％，不小于95重量％。在一個(gè)實(shí)施方案中，氧化錫基的活性材料可以完全由氧化錫組成。另外，在一些實(shí)施方案中，氧化錫基的活性材料包含按重量％計(jì)不大于35(即不大于35重量％)、30、25、20、15、12、10、8、或者5的另外成分，所述另外成分可以是其他活性成分，也可以是惰性的成分(例如加強(qiáng)部)或工藝助劑(例如燒結(jié)助劑)。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案提供僅由氧化錫和催化劑構(gòu)成的氣敏材料。本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施方案的氣敏材料包括由氧化錫和選自氧化鋅、氧化鈦的另外的氧化物形成的氧化物結(jié)構(gòu)和分布在該氧化物結(jié)構(gòu)中的催化劑顆粒。
在一些實(shí)施方案中，氣敏材料中除了活性材料和任選的催化劑之外，所述氣敏材料還可以包括基本不影響本發(fā)明的效果的其他成分，其他成分的含量低于10重量％，低于5重量％，尤其是基本不含其他成分，更尤其是完全不含所述其他成分。在本發(fā)明中，表述“基本不含”是指含量低于3重量％，尤其是低于1重量％。本發(fā)明實(shí)施方案的氣敏材料尤其不含常規(guī)的玻璃料(例如：sio2,bi2o3,pbo,b2o3)。在一些實(shí)施方案中，氣敏材料中玻璃料的含量不高于5％，尤其是不高于3％，2％，1％，0.5％以及0.1％，甚至0.01％。在一些實(shí)施方案，本發(fā)明的氣敏材料完全不含玻璃料。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，催化劑尤其選自貴金屬或包含貴金屬的合金，尤其是鉑、銠、鈀、金、銀，及其合金。催化劑的量可以選擇為在1-20重量％，尤其是1-15％，3-9％，或者4-8％。
氣敏元件
在本發(fā)明中，利用氣敏材料形成為具有一定結(jié)構(gòu)的敏感元件。在一些實(shí)施方案中，所述氣敏材料形成為塊體以用于氣敏元件。但是，本發(fā)明的氣敏材料也可以制成為其他形式，例如厚膜、薄膜以及其他氣敏元件設(shè)計(jì)所適合的形狀。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的氣敏元件包括塊體氧化物陶瓷基氣敏材料，其中所述塊體氣敏材料陶瓷體的最小維度不小于3毫米，例如不小5、6、7、8、9、10毫米。
本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，氣敏元件由基于氧化物的氣敏材料形成。而在一些實(shí)施方案中，氣敏元件還可以包括除氣敏材料之外的部分，例如氣體高強(qiáng)度的加強(qiáng)部，或者例如對于氣敏應(yīng)用相對惰性的非活性部(例如用于特定結(jié)構(gòu)功能的部分)。
所述敏感元件包括對于特定氣體具有敏感活性的氣敏材料結(jié)構(gòu)。在實(shí)施方案中，所述氣敏材料結(jié)構(gòu)起響應(yīng)特定氣體而產(chǎn)生物理性能例如電阻的變化。在一些實(shí)施方案中，所述敏感元件的主要部分由氣敏材料結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在一些實(shí)施方案中，所述敏感元件還包括除了所述氣敏材料結(jié)構(gòu)之外的其他部分或結(jié)構(gòu)，所述其他部分或結(jié)構(gòu)可以由與所述氣敏材料結(jié)構(gòu)相同的原料或不同的原料形成，例如所述其他部分或結(jié)構(gòu)可以是晶粒度和孔隙率不同于所述氣敏材料結(jié)構(gòu)但成分基本相同的氧化物結(jié)構(gòu)體。在有些實(shí)施方案中，所述氣敏材料結(jié)構(gòu)是分布有鉑顆粒的具有顯著連通空隙的氧化錫陶瓷結(jié)構(gòu)，敏感元件還包括除所述氣敏材料結(jié)構(gòu)之外的另外的氧化錫陶瓷部分，與氣敏材料結(jié)構(gòu)相比，所述另外的氧化錫陶瓷部分具有明顯更致密的結(jié)構(gòu)；和/或所述另外的氧化錫陶瓷部分具有明顯更大晶粒尺寸；和/或所述另外的氧化錫陶瓷部分具有明顯更多的封閉氣孔。
在一些實(shí)施方案中，氣敏元件包括活性的氣敏材料結(jié)構(gòu)和與該氣敏材料結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起的惰性結(jié)構(gòu)/部分。在特定的實(shí)施方案中，所述惰性結(jié)構(gòu)/部分是采用與活性的氣敏材料不同的材料形成的。例如，在活性氣敏材料是氧化錫基材料時(shí)，氣敏元件還包括由惰性材料例如氧化鋁或氧化硅形成的結(jié)構(gòu)或部分。在某些實(shí)施方案中，利用與活性的氣敏材料相同的材料形成所述惰性結(jié)構(gòu)/部分，但是與氣敏材料結(jié)構(gòu)相比，所述惰性結(jié)構(gòu)/部分具有顯著低的活性。在一個(gè)實(shí)施方案中，活性氣敏材料是氧化錫基材料，氣敏元件還包括由惰性結(jié)構(gòu)，所述惰性結(jié)構(gòu)是該氧化錫基材料形成的活性明顯低的部分。在一個(gè)特定實(shí)施方案中，氣敏元件包括形成為一個(gè)整體的氧化錫陶瓷結(jié)構(gòu)和分 布在該結(jié)構(gòu)上的鉑催化劑顆粒，其中所述氧化錫陶瓷結(jié)構(gòu)包括具有高氣敏活性的具有明顯連通氣孔的較小晶粒尺寸的氧化錫陶瓷部分(活性結(jié)構(gòu))、和不含明顯連通氣孔的較大晶粒尺寸的氧化錫陶瓷部分(惰性結(jié)構(gòu))。
可以采用已知的方式形成氣敏元件的電極部分。
傳感器和系統(tǒng)
在一些實(shí)施方案中，氣敏傳感器包括與敏感元件相連接的電極和檢測電路。在本發(fā)明中，在不依賴特定條件，例如特定的電極或各種加熱條件下，氣敏材料可在較低的工作溫度下，例如不高于100攝氏度下，甚至是在室溫下，對于濃度為1％的氫氣，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測靈敏度大于5，優(yōu)選大于10、20、30、或35。
本發(fā)明實(shí)施方案的氣敏元件可具有高的可靠性和一致性，因此，采用本發(fā)明的氣敏元件能夠?qū)崿F(xiàn)對特定氣體的多點(diǎn)實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)可以包括多個(gè)氣敏元件/氣敏傳感器的陣列或組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，檢測系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)包括：多個(gè)包括氣敏材料的傳感器/氣敏元件；用于各個(gè)傳感器/氣敏元件的檢測氣體通道和校正氣體通道以及數(shù)據(jù)獲取及處理模塊。檢測氣體通道也可以是工藝氣體的通道。在一個(gè)實(shí)施方案中，由于氣敏材料具備優(yōu)異的性能，檢測系統(tǒng)可以省略校正氣體通道。在一個(gè)實(shí)施方案中，檢測系統(tǒng)的檢測氣體通道配置有流量調(diào)節(jié)裝置。在一個(gè)實(shí)施方案中，檢測系統(tǒng)在每個(gè)檢測點(diǎn)包括：至少兩個(gè)(兩類)敏感元件；或者包括敏感元件陣列，例如與檢測電路連接的按照例如1*2，1*3，2*2，2*3，3*3等布置的敏感元件陣列。所述至少兩個(gè)敏感元件或所述敏感元件陣列除所述氣敏元件之外，還可以包括例如至少一個(gè)其他類型的傳感元件，例如溫度傳感元件。
近年來，智能傳感器以及無線智能傳感器也逐漸為人所知。本發(fā)明的氣敏材料以及氣敏元件也可以用于制造智能傳感器以及無線智能傳感器或者與智能傳感器相關(guān)的檢測系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)。
在一些實(shí)施方案中，提供檢測系統(tǒng)或控制系統(tǒng)，包括：至少一個(gè)前述的氣敏元件或包括該氣敏元件的傳感器；用于各個(gè)傳感器/氣敏元件的檢測氣體通道和任選的校正氣體通道以及數(shù)據(jù)獲取及處理模塊。
在一些實(shí)施方案中，提供檢測系統(tǒng)或控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)在每個(gè)檢測點(diǎn)包括至少一個(gè)溫度傳感器和至少一個(gè)氣敏傳感器(尤其包括前述的氣敏元件)，與傳感器相連的測量和控制模塊，所述模塊適于將所述傳感器提供的 與特定氣體和溫度相關(guān)的物理量/信號生成數(shù)據(jù)信號和控制信號，所述數(shù)據(jù)信號例如包括特定氣體濃度信號和溫度信號，任選還可以包括基于所述模塊提供的控制信號將氣敏傳感器的工作溫度控制在特定范圍的溫控裝置。所述測量和控制模塊例如能夠基于溫度信號形成所述控制信號，或者在無需溫控裝置時(shí)例如基于內(nèi)置的程序能夠根據(jù)溫度信號修正氣體濃度信號。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述智能傳感器包括內(nèi)置有基于ieee1451協(xié)議規(guī)范制定的電子數(shù)據(jù)表格(transducerelectronicdatasheet,teds)的微處理器或處理模塊。
在一些實(shí)施方案中，提供氣敏智能傳感器尤其是氣敏網(wǎng)絡(luò)智能傳感器，包括內(nèi)置氣敏材料的氣敏單元，與氣敏單元相連的檢測電路，接受并處理檢測電路信號的信號處理單元。
氣敏材料制備方法
本發(fā)明的一些實(shí)施方案的氣敏材料制備方法包括：將一種或更多種氧化物納米粉體與任選的催化劑混合；使混合物經(jīng)造粒后模壓成型，成型壓力例如可以是1-20mpa,尤其是5-15mpa,得到坯體；燒結(jié)所述坯體，以得到燒結(jié)體,燒結(jié)過程的溫度、時(shí)間和氣氛選擇為使得燒結(jié)體滿足前述方案的氣敏材料的要求。在一些實(shí)施方案中，氣敏傳感器或氣敏電子裝置可以利用所述燒結(jié)體制造，尤其包括在燒結(jié)體上形成電極，電極可以采用常規(guī)的電極材料例如鉑、金或銀通過常規(guī)工藝形成。
雖然不希望受任何理論的限制，結(jié)合下面內(nèi)容描述本發(fā)明的氧化物結(jié)構(gòu)和相關(guān)的制造方法。燒結(jié)過程大致可以劃分為初期、中期、末期三個(gè)階段。第一階段為燒結(jié)初期，該階段包括在一次顆粒間形成一定程度的界面，即頸的形成。燒結(jié)初期不包括晶粒生長。在所述初期階段，顆粒間接觸由點(diǎn)開始，增加到顆粒平均斷面積的例如0.2倍左右為止。在此期間內(nèi)，粒子間的接觸部分開始燒結(jié)，形成燒結(jié)頸部。在該階段可能存在擴(kuò)散現(xiàn)象，從而顆粒之間的距離因燒結(jié)的進(jìn)行而少量縮小，而坯體密度溫和增加。但晶界被局限在頸部而基本不移動，晶?；静婚L大。
隨著頸部的生長，晶界開始易于移動，晶粒可能發(fā)生生長，從而開始進(jìn)入燒結(jié)中期階段。在中期階段，顆粒發(fā)生變形，頸部進(jìn)一步變大，不規(guī)則形狀的氣孔逐漸變成由周圍顆粒包圍的柱形的氣孔。這時(shí)期氣孔一般是連通的。在一些實(shí)施方案，希望避免進(jìn)入燒結(jié)末期，因?yàn)樵跓Y(jié)末期的氣孔將進(jìn)一步縮小和變形，逐步形成封閉的孤立氣孔，甚至最終消失。晶粒發(fā)生長大。 燒結(jié)體致密度明顯提高。
在一些實(shí)施方案中，將制造方法中的燒結(jié)過程控制為僅進(jìn)行到燒結(jié)初期和中期，而避免達(dá)到燒結(jié)末期。而在一些實(shí)施方案中，燒結(jié)過程控制為僅進(jìn)行到燒結(jié)初期的末段。
工作實(shí)施例
實(shí)施例1：具有單峰分布特性的(平均)粒徑為70納米的sno2粉和粒徑大約為850納米的pt粉，按質(zhì)量比95：5進(jìn)行混合，加入去離子水制成懸浮液，磁力攪拌4小時(shí)。離心后干燥，10mpa壓力下壓片，直徑12mm，厚度2mm，并于900度在空氣中燒結(jié)2小時(shí)。通過磁控濺射在樣品表面形成一對金電極，電極相距3mm。從而獲得可進(jìn)行氫氣氣敏測試的氫敏元件。
氫氣氣敏測試包括將樣品置于帶有進(jìn)氣口和出氣口的封閉腔室(大致350毫升容積)中，在檢測溫度下，通入含有氫氣的檢測氣體后，在兩個(gè)電極之間施加一定的電壓，開始測量電路中的各個(gè)時(shí)刻的電流，從而獲得樣品隨時(shí)間的電阻變化。本例中，測試電壓為直流15伏，檢測氣體為含有分別含有1vol％、0.25vol％、0.08vol％以及0.04vol％氫氣的空氣，流量為大約300ml/分鐘，檢測溫度為室溫(25攝氏度)，檢測氣體為含有分別含有1vol％氫氣的空氣測得的結(jié)果示于圖1中。使用含有0.25vol％、0.08vol％以及0.04vol％氫氣的空氣作為檢測氣體，將獲得的結(jié)果一起繪制在圖4中。
采用常規(guī)的sem分析樣品的顯微結(jié)構(gòu)，顯微照片示于圖3中。從圖3可以觀察到二氧化錫納米顆粒基本上沒有長大，顆粒之間通過頸部粘合在一起。而在二氧化錫基體上離散分布有pt顆粒。值得注意的是，與常規(guī)的多孔陶瓷體相比，燒結(jié)樣品相對致密。
在恢復(fù)試驗(yàn)中，采用空氣替換檢測氣體，記錄樣品隨時(shí)間的電阻變化。結(jié)果顯示恢復(fù)時(shí)間為9秒。
圖1顯示，二氧化錫具有優(yōu)異的氫敏特性，當(dāng)含有1％氫氣時(shí)，樣品顯示出接近100的靈敏度。從圖4還可以看出，當(dāng)隨著氫氣濃度的下降，樣品的靈敏度相應(yīng)地下降。說明本發(fā)明的氫敏元件能夠用于檢測混合氣體中氫氣的濃度。
實(shí)施例2：除使用粒徑為70納米的sno2粉、50納米的al2o3粉、pt粉，按質(zhì)量比92：3：5進(jìn)行混合之外，按照與實(shí)施例1相同的方式制備氫敏元件用于測試。試驗(yàn)結(jié)果顯示具備與實(shí)施例1類似的氫敏特性。
實(shí)施例3：除使用粒徑為70納米的sno2粉、50納米的wo3粉、50納米的sio2粉、pt粉，按質(zhì)量比85：5：5：5進(jìn)行混合之外，按照與實(shí)施例1相同的方式制備氫敏元件用于測試。試驗(yàn)結(jié)果顯示具備類似實(shí)施例1的明顯氫敏特性。
實(shí)施例4：除使用粒徑為70納米的sno2粉、50納米的fe2o3粉、pt粉，按質(zhì)量比90：5：5進(jìn)行混合之外，按照與實(shí)施例1相同的方式制備氫敏元件用于測試。試驗(yàn)結(jié)果顯示具備類似實(shí)施例1的明顯氫敏特性。
實(shí)施例5：除使用粒徑為90納米的sno2粉、50納米的sno2粉、pt粉，按質(zhì)量比20：75：5進(jìn)行混合之外，按照與實(shí)施例1相同的方式制備氫敏元件用于測試。試驗(yàn)結(jié)果顯示具備類似實(shí)施例1的明顯氫敏特性，室溫下對于1氫氣的靈敏度大于90。
實(shí)施例6：按照實(shí)施例1的方式，一批制備40個(gè)樣品，測試各個(gè)樣品的氫敏特性的分散性。結(jié)果顯示，各個(gè)樣品的靈敏度均在平均值的正負(fù)3-18％范圍內(nèi)。
實(shí)施例7：按照實(shí)施例1的方式，一批制備5個(gè)樣品，測試各個(gè)樣品的氫敏特性在一定次數(shù)檢測-恢復(fù)循環(huán)后的性能。結(jié)果顯示，各個(gè)樣品的靈敏度在30個(gè)循環(huán)后的靈敏度相對第一個(gè)循環(huán)后的靈敏度的比值(保持率)均不小于99％，在50個(gè)循環(huán)后的保持率不小于98％，在100個(gè)循環(huán)后的保持率不小于96％。
對比例1：除使用市售的納米二氧化鈦光催化材料p25和pt粉(粒徑大約50納米)之外，按照與實(shí)施例1相同的方法獲得檢測樣品，針對不同成分的檢測氣體進(jìn)行了檢測。其中，檢測氣體分別為含有5％氫氣的氮?dú)?；含?-5％氫氣和5-20vol％氧氣的氮?dú)?，其中含?0vol％氧氣的氮?dú)饪捎靡阅M含有氫氣的空氣。采用不含氧氣的檢測氣體時(shí)獲得與實(shí)施例1類似的電阻變化，說明具備氫敏特性。而采用含有氧氣的檢測氣體時(shí)，隨著氧氣含量 的增加，電阻變化不明顯，逐步喪失氫敏特性，顯示難以用于檢測含有氫氣時(shí)的氫氣濃度。
對比例2：除使用粒徑為70納米的sno2粉、50納米的sio2粉(玻璃料)、pt粉，按質(zhì)量比85：10：5進(jìn)行混合之外，按照與實(shí)施例1相同的方式制備氫敏元件用于測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，樣品基本不具備氫敏性能。
本文所公開的所有范圍和參數(shù)被理解為包括落入其中的任意和所有子范圍以及端點(diǎn)之間的每個(gè)數(shù)。例如，除非有相反/不同的明確說明，范圍“1至20”應(yīng)該被理解為包括在最小值1與最大值20之間的任意和所有子范圍，并且包括最小值1和最大值20；也就是說，以1作為最小值開始(例如，1至9.1)并且以20作為最大值結(jié)束的所有子范圍(例如，1.2至9.8、2至18、4.2至19.1)，最后每個(gè)數(shù)字1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19和20被包含在這個(gè)范圍內(nèi)。
盡管已經(jīng)參考其若干說明性的實(shí)施方案描述了一些實(shí)施方案，但是應(yīng)理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出很多的其它改變和實(shí)施方案，這些也落入本公開的原理的精神和范圍內(nèi)。更具體地，在本公開、附圖和所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，在本發(fā)明的技術(shù)方案可具有各種的變化和改變。除所述變化和改變之外，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，可替代的用途也會是顯而易見的。
具體地，本發(fā)明提供以下(多個(gè)項(xiàng)目)的技術(shù)方案：
1.一種氣敏元件，包括氣敏材料，所述氣敏材料能夠穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)以下一項(xiàng)或更多項(xiàng)檢測指標(biāo)：特定工作溫度下的檢測靈敏度、響應(yīng)時(shí)間、選擇性和/或檢測極限，所述“能夠穩(wěn)定地獲得以下一項(xiàng)或更多項(xiàng)檢測指標(biāo)”是指由氣敏材料制造的氣敏元件和/或裝置具有檢測穩(wěn)定性，能夠使得：1)由氣敏材料制造的一定數(shù)量的氣敏元件和/或裝置測得的檢測指標(biāo)均落在平均值的±50％以內(nèi)；和/或2)由氣敏材料制造的氣敏元件/裝置在至少10個(gè)檢測循環(huán)(檢測-恢復(fù)循環(huán))后，檢測靈敏度相比于第一個(gè)循環(huán)后的靈敏度的比值大于80％。
2.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，所述氣敏材料是基于氧化物的氣敏材料。
3.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，所述一定數(shù)量的氣敏元件和/或裝置是不少于30個(gè)、或40個(gè)、或50個(gè)。
4.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，所述由氣敏材料制造的一定數(shù)量的氣敏元件和/或裝置測得的檢測指標(biāo)均落在平均值的±30％，或者±20％，或者±10％以內(nèi)。
5.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，所述由氣敏材料制造的氣敏元件和/或裝置在至少20個(gè)檢測循環(huán)后，檢測靈敏度相比于第一個(gè)循環(huán)后的靈敏度的比值大于80％。
6.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，所述由氣敏材料制造的氣敏元件和/或裝置在至少30個(gè)或50個(gè)或100個(gè)檢測循環(huán)后，檢測靈敏度相比于第一個(gè)循環(huán)后的靈敏度的比值大于80％。
7.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，所述由氣敏材料制造的氣敏元件和/或裝置在至少20個(gè)檢測循環(huán)后，檢測靈敏度相比于第一個(gè)循環(huán)后的靈敏度的比值大于85％。
8.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，所述由氣敏材料制造的氣敏元件和/或裝置在至少30個(gè)檢測循環(huán)后，檢測靈敏度相比于第一個(gè)循環(huán)后的靈敏度的比值大于85％。
9.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，所述由氣敏材料制造的氣敏元件和/或裝置在至少100個(gè)檢測循環(huán)后，檢測靈敏度相比于第一個(gè)循環(huán)后的靈敏度的比值大于85％。
10.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，所述由氣敏材料制造的氣敏元件和/或裝置在至少20個(gè)、至少30個(gè)、至少50個(gè)、或至少100個(gè)檢測循環(huán)后，檢測靈敏度相比于第一個(gè)循環(huán)后的靈敏度的比值大于95％。
11.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，所述由氣敏材料制造的氣敏元件和/或裝置在至少20個(gè)、至少30個(gè)、至少50個(gè)、或至少100個(gè)檢測循環(huán)后，檢測靈敏度相比于第一個(gè)循環(huán)后的靈敏度的比值大于98％。
12.一種氣敏元件，包括氣敏材料，所述氣敏材料能夠在較低溫度下，對于包含氫氣的檢測氣體，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測靈敏度不小于5，所述檢測氣體包含濃度為不大于5％的氫氣，所述較低溫度為不高于100攝氏度。
13.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，所述較低溫度為不高于80、70、60、50或40攝氏度，或者為室溫。
14.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，所述檢測靈敏度不小于10、20、30、35、50或者不小于80。
15.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，所述檢測氣體包含濃度為0.01-1體積％的氫氣。
16.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，所述檢測氣體包含氧氣。
17.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，其中
所述氣敏材料包括氣敏活性部分，和任選的惰性部分，所述氣敏活性部分包括具有聯(lián)通氣孔的氧化錫顆粒結(jié)構(gòu)和分散在該結(jié)構(gòu)中的任選的催化劑顆粒，在所述結(jié)構(gòu)中，相鄰氧化錫顆粒通過頸部粘合，并且在所述顆粒之間限定所述連通氣孔。
18.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，其中，所述氣敏材料的bet表面積在10-70m2/g，或者所述氣敏材料的bet表面積在0.05-9m2/g。
19.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，其中，所述氣敏材料的bet表面積在0.1-3m2/g，0.15-2m2/g，0.2-1m2/g，或者0.1-0.15m2/g。
20.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，其中
所述氣敏材料由粉體燒結(jié)而形成，粉體的bet表面積與燒結(jié)后得到的氣敏材料的bet表面積之比在1：0.2-0.8之間。
20.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，其中
所述氣敏材料通過燒結(jié)粉體的模壓成型體而形成，粉體的bet表面積與燒結(jié)后得到的氣敏材料的bet表面積之比在1：0.3-0.75之間，或者1：0.35-0.6之間，或者是1：0.25-0.5之間。
21.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，其中所述氣敏材料是基于氧化錫的。
22.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，其中所述氣敏材料中，氧化錫含量大于60％，或者70％，或者75％，或者80％，或者85％，或者90％，或者95％，或者98％。
23.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，其中
所述氣敏材料包括氧化錫結(jié)構(gòu)，在所述氣敏元件的氧化錫結(jié)構(gòu)中的顆粒平均尺寸是形成氧化錫顆粒的粉體一次顆粒的平均尺寸的1.2倍以下。
24.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，其中
所述氣敏材料包括氧化錫結(jié)構(gòu)，在氧化錫結(jié)構(gòu)中的顆粒平均尺寸是形 成氧化錫顆粒的粉體一次顆粒的平均尺寸的1.1倍以下或者1.05倍以下或者1.03倍以下。
25.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，其中
所述氣敏材料包括氧化錫結(jié)構(gòu)，所述氧化錫結(jié)構(gòu)的氣孔率是7-50％，或者15-40％，或者18-28％，或者7-30％，或者8-25％，尤其是9-20％，或者10-15％。
26.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，其中
所述氣敏材料中除了氧化錫和任選的催化劑之外，所述氣敏材料還包括其他成分。
27.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，其中
所述氣敏材料中除了氧化錫和任選的催化劑之外，所述氣敏材料完全不含所述其他成分。
28.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，其中
所述氣敏材料中除了氧化錫和任選的催化劑之外，所述氣敏材料還包括其他成分，所述其他成分的含量不大于35重量％、或者不大于以重量％的30、25、20、15、12、10、8、或者5的另外成分，或者基本不含其他成分。
29.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，其中
所述氣敏材料中除了氧化錫和任選的催化劑之外，所述氣敏材料還包括其他成分，所述其他成分是其他活性成分(如氧化鋅、氧化鐵、和/或氧化鈦)。
30.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件，其中
所述氣敏材料中除了氧化錫和任選的催化劑之外，所述氣敏材料還包括其他成分，所述其他成分是相對惰性的成分(例如加強(qiáng)部)或工藝助劑(例如燒結(jié)助劑)。
31.一種氣敏傳感器，包括根據(jù)前述項(xiàng)目任一項(xiàng)所述的氣敏元件。
32.一種能夠感測特定氣體的檢測系統(tǒng)或控制系統(tǒng)，包括：至少一個(gè)根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏元件或包括該氣敏元件的傳感器；用于各個(gè)傳感器和/或氣敏元件的檢測氣體通道和任選的校正氣體通道以及數(shù)據(jù)獲取及處理模塊。
33.根據(jù)前述項(xiàng)目的檢測系統(tǒng)或控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)在每個(gè)檢測點(diǎn)包括至少一個(gè)溫度傳感器和至少一個(gè)前述項(xiàng)目氣敏傳感器，與傳感器相連的測量和控制模塊，所述模塊適于將所述傳感器提供的與特定氣體和溫度相關(guān)的物理量和/或信號生成數(shù)據(jù)信號和控制信號，所述數(shù)據(jù)信號例如包括特定氣體濃度信號和溫度信號，任選還包括基于所述模塊提供的控制信號將氣敏傳感器的工作溫度控制在特定范圍的溫控裝置。
34.根據(jù)前述項(xiàng)目的檢測系統(tǒng)或控制系統(tǒng)，所述測量和控制模塊能夠基于溫度信號形成所述控制信號，或者在無需溫控裝置時(shí)能夠根據(jù)溫度信號修正氣體濃度信號。
35.一種氣敏智能傳感器，包括內(nèi)置氣敏材料的氣敏單元，與氣敏單元相連的檢測電路，接受并處理檢測電路信號的信號處理單元。
36.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏智能傳感器，其為網(wǎng)絡(luò)智能傳感器。
37.根據(jù)前述項(xiàng)目的氣敏智能傳感器，其為無線網(wǎng)絡(luò)智能傳感器。
38.根據(jù)前述項(xiàng)目的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括多個(gè)氣敏元件和/或氣敏傳感器的陣列或組合。
39.根據(jù)前述項(xiàng)目的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括：多個(gè)包括氣敏材料的傳感器和/或氣敏元件；用于各個(gè)傳感器和/或氣敏元件的檢測氣體通道和校正氣體通道以及數(shù)據(jù)獲取及處理模塊。
40.根據(jù)前述項(xiàng)目的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)省略或不包括校正氣體通道。
41.根據(jù)前述項(xiàng)目的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)的檢測氣體通道配置有流量調(diào)節(jié)裝置。
42.根據(jù)前述項(xiàng)目的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)在每個(gè)檢測點(diǎn)包括：至少兩個(gè)(兩類)敏感元件；或者包括敏感元件陣列。
43.根據(jù)前述項(xiàng)目的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)在每個(gè)檢測點(diǎn)包括：至少一個(gè)氣敏元件和至少一個(gè)其他類型的傳感元件(例如溫度傳感元件)。
44.氣敏材料的準(zhǔn)備方法，包括：
將一種或更多種氧化物納米粉體與任選的催化劑混合；使混合物經(jīng)造粒后模壓成型，成型壓力例如可以是1-20mpa,尤其是5-15mpa,得到坯體；燒結(jié)所述坯體，以得到燒結(jié)體。