本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無線無源氣體、溫度雙參數(shù)傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)化的進(jìn)行，越來越多的有毒氣體不斷出現(xiàn)，威脅著對人類的生存和健康。目前大多數(shù)的氣體傳感器都是金屬氧化物氣體傳感器，具有較高的靈敏度，響應(yīng)迅速和使用簡單等特點(diǎn)，但其穩(wěn)定性較差，較低的可重復(fù)使用率等，而且傳統(tǒng)的氣體傳感器都是有源的，需要電源供電，這樣導(dǎo)致了傳感器壽命年限短，不能在高溫下工作，其應(yīng)用領(lǐng)域受到了很大的限制。近年來，隨著無線無源技術(shù)的發(fā)展以及環(huán)保生活的提倡，無線無源氣體傳感器已經(jīng)成為了未來研究的新方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有氣體傳感器穩(wěn)定性差、重復(fù)使用率低及需要電源供電導(dǎo)致傳感器壽命年限短、不能在高溫工作的技術(shù)問題，提供了一種無線無源氣體、溫度雙參數(shù)傳感器及其制備方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種無線無源氣體、溫度雙參數(shù)傳感器，采用磁控濺射技術(shù)制備而成，包括采用ltcc基板制成的介質(zhì)基底，介質(zhì)基底的一側(cè)設(shè)置氣體測試電感線圈和叉指電容，所述叉指電容設(shè)置在氣體測試電感線圈的內(nèi)側(cè)，且叉指電容與氣體測試電感線圈的內(nèi)圈相連，叉指電容表面附著go/in2o3氣敏薄膜，所述介質(zhì)基底的另一側(cè)設(shè)置溫度測試線圈，所述溫度測試線圈與其自身存在的寄生電容形成一個lc諧振回路。

一種無線無源氣體、溫度雙參數(shù)傳感器的制備方法，包括以下步驟：首先在ltcc基板上加工金屬過孔，用于氣體測試電感線圈與叉指電容的互連；利用磁控濺射的技術(shù)將金靶材上的金原子濺射到ltcc基板的正面和背面，在ltcc基板的正面濺射出氣體測試電感線圈和叉指電容，在ltcc基板的背面濺射出溫度測試線圈；采用hummers法制備出氧化石墨烯go；利用溶膠凝膠的方法制備得到淡黃色粉末in2o3，將得到的淡黃色粉末在瑪瑙研缽研磨得到細(xì)化的納米in2o3顆粒；將制備好的go與制備好的納米in2o3顆粒進(jìn)行摻雜，涂覆到叉指電容上，將叉指電容完全覆蓋。

無線無源氣體、溫度雙參數(shù)傳感器具體的制備步驟為：

（1）首先在ltcc基板上加工金屬過孔，用于氣體測試電感線圈與叉指電容的互連，再利用層壓的技術(shù)將兩層ltcc基板層壓成為一體；

（2）首先利用勻膠機(jī)在制備成一體的ltcc基板的正面勻一層光刻膠，將氣體測試電感線圈與叉指電容掩膜版利用光刻機(jī)把ltcc基板上的光刻膠去掉，然后用磁控濺射儀把金原子濺射到基板上，最后把多余的光刻膠用丙酮清洗掉，留下了氣體測試電感線圈與叉指電容；利用與ltcc基板正面同樣的工藝在ltcc基板背面把溫度測試線圈濺射上去，形成了氣體、溫度雙參數(shù)的無線無源傳感器；

（3）氧化石墨烯的制備，取100ml濃硫酸和10ml磷酸依次加入到三頸瓶中；將混合酸置于冰水浴中，再緩慢加入0.8g鱗片石墨和5g高錳酸鉀，攪拌45min；將混合物置于45~55℃恒溫水箱中攪拌35min后，置于60℃恒溫水箱中反應(yīng)16h，混合物呈墨綠色；緩慢滴加50ml5%的雙氧水，充分?jǐn)嚢柚粱旌衔锍尸F(xiàn)金黃色；將產(chǎn)物移至燒杯中，常溫靜置冷卻，用去離子水洗滌多次直至中性；將洗滌后的產(chǎn)物置于干燥箱中60℃烘干，所得產(chǎn)物即是氧化石墨烯；

（4）稱取1.5g的incl3?4h2o溶解于20ml的蒸餾水當(dāng)中，加入2%的聚乙二醇，混合攪拌一段時間；在室溫下向溶液中緩慢滴加1mol/l的nh3?h2o并緩慢攪拌直到溶液的ph值為中性，得到膠狀物，將溶膠溶液放置在室溫下靜止2小時變?yōu)槟z；過濾后用去離子水多次洗滌，將洗滌過的凝膠放置在干燥箱中在100℃的溫度下干燥3個小時，然后在高溫爐內(nèi)用300℃的溫度煅燒1小時，得到的淡黃色粉末，將得到的淡黃色粉末在瑪瑙研缽研磨得到直徑為15-45nm的納米氧化銦顆粒；

（5）將制備好的go與制備好的納米in2o3顆粒按1.5%的比例進(jìn)行摻雜，利用瑪瑙研缽研磨均勻，加入適量的去離子水調(diào)成漿料；采用懸涂的方式將調(diào)好的漿料涂覆到叉指電容上，將叉指電容完全覆蓋，確保厚度均勻，室溫下放置在陰涼處晾干；待完全干燥以后，將傳感器放置在260℃高溫爐內(nèi)燒結(jié)2h；最后將制備好的傳感器在空氣中老化24h。

本發(fā)明的有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的氣體、溫度雙參數(shù)傳感器采用lc諧振原理（如圖1），利用氣體敏感層go/in2o3物理吸附目標(biāo)氣體，使得叉指電容間的電容、電阻隨著吸附氣體濃度的不同而發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)對氣體的無線無源測量，傳感器基底的介電常數(shù)對溫度敏感，當(dāng)外界的溫度發(fā)生變化時，傳感器的寄生電容大小也發(fā)生變化，最終導(dǎo)致傳感器諧振頻率隨溫度發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)了對溫度的無線無源測量。本發(fā)明將氣體測量和溫度測量結(jié)合起來，并且兩個測量方式都是利用無線無源的方法進(jìn)行測量，提高了測量的穩(wěn)定性，降低了功耗，實(shí)現(xiàn)了對氣體、溫度雙參數(shù)的測量，并且在尺寸大小方面有很大的靈活性。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單合理，利于實(shí)現(xiàn)氣體、溫度雙參數(shù)傳感器的一體化、微型化，便于加工，成本低廉。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的測試原理圖；

圖2為ltcc材料層壓工藝流程示意圖；

圖3為磁控濺射正面流程示意圖；

圖4為磁控濺射背面流程示意圖；

圖5為本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1-傳感器；2-網(wǎng)絡(luò)分析儀；3-詢問天線；4-氣體測試電感線圈；5-叉指電容；6-溫度測試線圈；7-介質(zhì)基底；8-沖孔；9-金屬填充；10-層壓；11-共燒；12-勻膠；13-光刻；14-濺射；15-去膠；16-go/in2o3氣敏薄膜。

具體實(shí)施方式

如圖5所示，一種無線無源氣體、溫度雙參數(shù)傳感器，采用磁控濺射技術(shù)制備而成，包括介質(zhì)基底7，所述介質(zhì)基底7采用ltcc基板制作，介質(zhì)基底7的一側(cè)設(shè)置氣體測試電感線圈4和叉指電容5，所述叉指電容5設(shè)置在氣體測試電感線圈4的內(nèi)側(cè)，且叉指電容5與氣體測試電感線圈4的內(nèi)圈相連，叉指電容5表面附著go/in2o3氣敏薄膜16，所述介質(zhì)基底7的另一側(cè)設(shè)置溫度測試線圈6，所述溫度測試線圈6與其自身存在的寄生電容形成一個lc諧振回路。

本發(fā)明的無線無源氣體、溫度雙參數(shù)傳感器的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）首先在ltcc基板上加工金屬過孔，用于氣體測試電感線圈與叉指電容的互連，再利用層壓的技術(shù)將兩層ltcc基板層壓成為一體，如圖2所示。

（2）首先利用勻膠機(jī)在制備成一體的ltcc基板的正面勻一層光刻膠，將設(shè)計好的氣體測試電感線圈與叉指電容掩膜版利用光刻機(jī)把ltcc基板上的光刻膠去掉得到想要的結(jié)構(gòu)（即氣體測試電感線圈與叉指電容的結(jié)構(gòu)），然后用磁控濺射儀把金原子濺射到基板上，最后把多余的光刻膠用丙酮清洗掉，留下了氣體測試電感線圈與叉指電容，如圖3所示；利用與ltcc基板正面同樣的工藝在ltcc基板背面把溫度測試線圈濺射上去，如圖4所示，形成了氣體、溫度雙參數(shù)的無線無源傳感器。

（3）氧化石墨烯的制備，取100ml濃硫酸和10ml磷酸依次加入到三頸瓶中；將混合酸置于冰水浴中，再緩慢加入0.8g鱗片石墨和5g高錳酸鉀，攪拌45min；將混合物置于45~55℃恒溫水箱中攪拌35min后，置于60℃恒溫水箱中反應(yīng)16h，混合物呈墨綠色；緩慢滴加50ml5%的雙氧水，充分?jǐn)嚢柚粱旌衔锍尸F(xiàn)金黃色；將產(chǎn)物移至燒杯中，常溫靜置冷卻，用去離子水洗滌多次直至中性；將洗滌后的產(chǎn)物置于干燥箱中60℃烘干，所得產(chǎn)物即是氧化石墨烯。

（4）稱取1.5g的incl3?4h2o溶解于20ml的蒸餾水當(dāng)中，加入2%的聚乙二醇，混合攪拌一段時間；在室溫下向溶液中緩慢滴加1mol/l的nh3?h2o并緩慢攪拌直到溶液的ph值為中性，得到膠狀物，將溶膠溶液放置在室溫下靜止2小時變?yōu)槟z；過濾后用去離子水多次洗滌，將洗滌過的凝膠放置在干燥箱中在100℃的溫度下干燥3個小時，然后在高溫爐內(nèi)用300℃的溫度煅燒1小時，得到的淡黃色粉末，將得到的淡黃色粉末在瑪瑙研缽研磨得到直徑為15-45nm的納米氧化銦顆粒。

（5）將制備好的go與制備好的納米in2o3顆粒按1.5%的比例進(jìn)行摻雜，利用瑪瑙研缽研磨均勻，加入適量的去離子水調(diào)成漿料；采用懸涂的方式將調(diào)好的漿料涂覆到叉指電容上如圖5所示，將叉指電容完全覆蓋，確保厚度均勻，室溫下放置在陰涼處晾干，避免陽光直射防止氣敏薄膜開裂脫落；待完全干燥以后，將傳感器放置在260℃高溫爐內(nèi)燒結(jié)2h，以加強(qiáng)材料的穩(wěn)定性并使氣敏薄膜完全干燥；最后將制備好的傳感器在空氣中老化24h，以改善其性能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的氣體、溫度雙參數(shù)傳感器采用lc諧振原理（如圖1），利用氣體敏感層go/in2o3物理吸附目標(biāo)氣體，使得叉指電容間的電容、電阻隨著吸附氣體濃度的不同而發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)對氣體的無線無源測量，傳感器基底的介電常數(shù)對溫度敏感，當(dāng)外界的溫度發(fā)生變化時，傳感器的寄生電容大小也發(fā)生變化，最終導(dǎo)致傳感器諧振頻率隨溫度發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)了對溫度的無線無源測量。本發(fā)明將氣體測量和溫度測量結(jié)合起來，并且兩個測量方式都是利用無線無源的方法進(jìn)行測量，提高了測量的穩(wěn)定性，降低了功耗，實(shí)現(xiàn)了對氣體、溫度雙參數(shù)的測量，并且在尺寸大小方面有很大的靈活性。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單合理，利于實(shí)現(xiàn)氣體、溫度雙參數(shù)傳感器的一體化、微型化，便于加工，成本低廉。