本發(fā)明涉及傳感設備，具體涉及一種仿色譜微型集成化電子鼻及其應用。

背景技術：

1、揮發(fā)性有機物（vocs）可以作為爆炸物、環(huán)境污染、食物腐敗、水果成熟、植物病蟲害、健康診斷等的標志物，因此vocs的檢測在環(huán)境污染、農業(yè)、公共安全、食品、健康監(jiān)測與疾病診斷等領域有重大的應用潛力。目前大多數(shù)氣體傳感器是基于金屬氧化物的選擇性傳感器，只能針對某一種或某一類氣體選擇性檢測，對于實際應用場景中復雜的氣體組分一般缺乏準確性和可靠性。電子鼻，一種仿生物嗅覺的傳感器系統(tǒng)，其傳感器陣列由不同化學選擇性的氣敏傳感器組成，對不同氣體交叉響應，形成獨特的指紋圖譜，結合模式識別算法，可以對復雜的vocs組分進行檢測識別。目前構建這樣的傳感器陣列往往需要設計復雜的、足夠多的化學多樣性傳感元件來區(qū)分識別各種vocs，造成電子鼻的成本高、體積大、制作工藝復雜等問題，限制了電子鼻在實際環(huán)境下的應用。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為克服電子鼻成本高、體積大、制作工藝復雜等問題，提供一種低成本、制作工藝簡單、由單一氣敏材料導電涂層組成的仿色譜微型集成化電子鼻，并應用于揮發(fā)性氣體的傳感。

2、實現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術方案是：

3、一種仿色譜微型集成化電子鼻，所述電子鼻包括聚四氟乙烯（ptfe）管、螺母和螺絲、金屬螺紋夾具、聚四氟乙烯管轉接頭、頂部腔室、橡膠密封圈、lig叉指電極傳感器陣列及底部腔室；

4、所述的lig叉指電極傳感器陣列由柔性聚酰亞胺（pi）膜、在pi膜上用激光刻蝕形成的凹槽、在pi膜上用激光雕刻而成的激光誘導石墨烯（lig）叉指電極陣列電路、在叉指電極區(qū)域涂覆的氣敏材料導電涂層以及在氣敏傳感材料上覆蓋厚度梯度的聚二甲基硅氧烷（pdms）涂層構成；

5、所述頂部腔室為一塊矩形薄有機玻璃板，其表面對稱切割4~6貫穿螺絲孔以及進氣孔和出氣孔，同時雕刻一個流線型的淺凹槽；

6、所述底部腔室，為與所述頂部腔室尺寸相同的一塊矩形薄有機玻璃板，其表面對稱切割有與頂部腔室對應的4~6貫穿螺絲孔；

7、所述橡膠密封圈為與頂部腔室尺寸相同的一塊矩形橡膠薄膜，其上用激光切割掉與流線型凹槽相同形狀部分及4~6與頂部腔室對應的螺絲孔；

8、將頂部腔室、橡膠密封圈、lig叉指電極傳感器陣列、底部腔室從上到下依次疊放，其螺絲孔一一對應對齊；

9、螺絲從頂部腔室出氣孔一側的兩個貫穿螺絲孔插入，隨后用螺母擰緊固定；金屬螺紋夾具從頂部腔室進氣孔一側夾住整個由螺絲、螺母固定好的腔室，金屬螺紋夾具的螺紋孔正中心對準頂部腔室進氣孔的正中心；隨后將接有聚四氟乙烯管的聚四氟乙烯管轉接頭接上金屬螺紋夾具并擰緊固定；其中聚四氟乙烯管的出氣口對準頂部腔室的進氣孔并插入。

10、進一步，所述lig叉指電極傳感器陣列的制備包括：

11、步驟1：使用激光器在一張長4~10cm、寬4~10cm、厚度0.2~0.3mm的柔性聚酰亞胺（pi）膜雕刻矩形的lig圖案，隨后用機械的方法去除矩形的lig留下矩形的凹槽，即制得pi膜上用激光刻蝕形成的凹槽；

12、步驟2：使用激光器在刻有凹槽的柔性聚酰亞胺（pi）膜雕刻lig叉指電極陣列電路，叉指電極區(qū)域位于激光刻蝕形成的凹槽的正中央，即制得lig叉指電極陣列電路；

13、步驟3：在激光刻蝕形成的凹槽中滴涂上氣敏傳感材料；

14、步驟4：在激光刻蝕形成的凹槽中再滴涂上濃度梯度的pdms甲苯溶液，覆蓋在氣敏傳感材料的表面，每個濃度的pdms甲苯溶液滴涂2~3個傳感器，然后將滴涂了pdms溶液的傳感器陣列在80~100℃的烘箱中加熱3~4h，使pdms固化，不同濃度的pdms甲苯溶液會在傳感器表面形成不同厚度的pdms涂層，作為固定相，即制得lig叉指電極傳感器陣列。

15、進一步，所述頂部腔室的制備包括：

16、步驟1：選擇一塊長4~10cm、寬4~10cm、厚度1~3mm的矩形有機玻璃板，使用激光器在矩形有機玻璃板的一面雕刻一個流線型淺凹槽；

17、步驟2：在雕刻有流線型淺凹槽的有機玻璃板上用激光器切割出4~6貫穿螺絲孔以及直徑1mm~3mm的貫穿進氣孔和出氣孔，并將矩形有機玻璃板切割成長3~5cm、寬1~5cm的矩形，即制得頂部腔室。

18、進一步，所述底部腔室的制備包括：

19、選擇一塊長4~10cm、寬4~10cm、厚度1~3mm的矩形有機玻璃板，使用激光器在矩形有機玻璃板切割出4~6貫穿螺絲孔，并將矩形有機玻璃板切割成頂部腔室大小，即制得底部腔室。

20、一種上述仿色譜微型集成化電子鼻在揮發(fā)性氣體傳感上的應用。

21、本發(fā)明的一種仿色譜微型集成化電子鼻的優(yōu)點：1）腔體整體由各零部件組成，可拆卸替換；2）lig叉指電極傳感器陣列可直接與商用fpc轉接頭連接，無需焊接，便于集成到電路板中采集信號；3）lig叉指電極傳感器陣列、腔室以及橡膠密封圈制作簡單、成本低廉，只用激光雕刻和切割即可完成，無需其它儀器及步驟，傳感器的制作只需采用簡單的滴涂法即可制作完成，制作過程簡單高效，以上用到的原材料成本低廉；4）lig叉指電極中刻有凹槽，可保證傳感材料滴涂過程中保持一致，簡化傳感器陣列制作工藝，提高傳感器制作的可重復性；5）lig叉指電極傳感器陣列僅使用了一種氣敏材料和不同厚度的pdms涂層，及可實現(xiàn)對各種vocs的檢測識別，免去了設計復雜的、化學選擇性多樣的傳感元件。

技術特征：

1.一種仿色譜微型集成化電子鼻，其特征在于，所述電子鼻包括聚四氟乙烯（ptfe）管（1）、螺母（9）和螺絲（4）、金屬螺紋夾具（3）、聚四氟乙烯管轉接頭（2）、頂部腔室（5）、橡膠密封圈（6）、lig叉指電極傳感器陣列（7）、底部腔室（8）；

2.根據權利要求1所述的一種仿色譜微型集成化電子鼻，其特征在于，?所述lig叉指電極傳感器陣列（7）的制備包括：

3.根據權利要求1所述的一種仿色譜微型集成化電子鼻，其特征在于，所述頂部腔室（5）的制備包括：

4.根據權利要求1所述的一種仿色譜微型集成化電子鼻，其特征在于，所述底部腔室（8）的制備包括：

5.一種權利要求1所述仿色譜微型集成化電子鼻在揮發(fā)性氣體傳感上的應用。

技術總結
本發(fā)明公開了一種仿色譜微型集成化電子鼻及其應用，該電子鼻，包括螺母和螺絲、聚四氟乙烯接頭、不銹鋼夾具、聚四氟乙烯管、激光直寫技術形成的有機玻璃腔室、激光誘導石墨烯（LIG）叉指電極傳感器陣列以及橡膠密封圈。本發(fā)明通過激光直接技術在柔性聚酰亞胺膜雕刻了可以直接接入商用FPC接口的叉指電極陣列；傳感器陣列由單一傳感材料和不同厚度的PDMS涂層組成，采用簡單的滴涂法制作重復性高的傳感器，整個LIG傳叉指電極傳感器陣列制作工藝簡單，成本低廉；電子鼻由各個零件簡單組裝而成，便于拆卸、替換，且便于批量化生產；電子鼻體積小，接線簡單，即接即用。

技術研發(fā)人員：郭浩文,張閩,翟星淳,張永亨,施國躍
受保護的技術使用者：華東師范大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19