[发明专利]WO3厚膜气敏传感器的表面改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种WO₃厚膜气敏传感器的表面改性方法，属于气敏传感器技术领域。

背景技术

自从1931年氧化亚铜的电导率随水蒸汽的吸附而改变这一特性被发现后，人们开始对某些材料的气敏特性进行了广泛而深入的研究。近年来，已经研制成功的金属氧化物气敏传感器，以其较高的灵敏度和选择性、良好的响应和恢复特性以及较长的使用寿命而被广泛应用于各种有毒有害气体、可燃气体、工业废气、环境污染等气体的检测。

氧化钨是一种过渡金属氧化物n型半导体，WO₃基气敏材料的研究始于20世纪90年代初期，在氧化物半导体气敏传感器应用领域，目前，氧化钨基材料已被认为是检测NO_x、SO_x、NH₃、H₂S等最有前景的新型氧化物气敏材料之一。由于金属氧化物半导体气敏传感器的灵敏度和选择性与基体材料的制备方法及敏感膜的表面修饰技术密切相关。近年来，大多数的研究集中在不同的沉积参数对WO₃基气敏材料的微结构、表面形貌及相应的气敏性能的影响，如氧气偏压、基片温度、退火温度等不同参数对WO₃气敏膜的微结构、表面形貌、气敏性能等的影响(①M.Stankova et al.Sens.Actuators B，103：23～30，2004；②M.Stankova et al.Sensors and Actuators B，113：241～248，2006；③Viacheslav Khatko et al.Sensors and Actuators B，118：255～262，2006)。然而，在气敏膜的制备过程中，所需设备昂贵，制备工艺及其复杂，实现规模生产的难度很大。

目前大多数氧化钨基传感器的研究主要集中在由大晶粒尺寸组成的多晶膜的研究上，由于受表面结构和晶粒尺寸的限制，传感器的灵敏度和选择性不够理想，只有提高测试温度或通过掺杂其它材料时才能获得高灵敏度和可重复性。本发明在克服了上述不足的前提下，通过分解钨酸制备WO₃粉末，然后采用丝网印刷的方法成功的制备了WO₃厚膜气敏传感器，并采用气氛修饰技术对敏感膜进行了修饰，从而实现了对CO的高灵敏检测。

发明内容

针对目前大多数氧化钨基传感器的研究中存在的诸如：所需设备昂贵，制备工艺极其复杂，实现规模生产的难度很大等问题。本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种成本低廉、制备方法简单、对低浓度CO高度敏感的WO₃厚膜气敏传感器的表面改性方法，这在气敏传感器领域具有十分重要的价值和现实意义。

本发明中所述的WO₃厚膜气敏传感器的表面改性方法包括以下步骤：

(1)在400～800℃的温度下保温2小时将钨酸分解制备WO₃粉末；

(2)以上述(1)中的WO₃粉末为主体材料，以乙基纤维素、松油醇和正硅酸乙酯为粘合剂，将上述材料按比例混合并搅拌均匀后即制得敏感材料浆料。

(3)采用丝网印刷的方法将上述(2)中的浆料印刷在被有叉指银电极和银电极引线的氧化铝基板上，在空气中经600～800℃保温1～2小时烧结后制备成WO₃厚膜气敏传感器；

(4)将上述(3)中的样品先在H₂气氛中于600～800℃保温0.5小时进行还原处理，然后将其在500～700℃的空气中保温0.5小时进行氧化处理，即制得改性后的WO₃厚膜气敏传感器。

所述步骤(1)中升温速率为2℃/分钟，在最高温度保温2小时后使烧结炉自然降至室温。

所述方法在步骤(2)中配制料浆前先将WO₃粉末过500目的筛，而且将按比例称量好的WO₃粉末和各种粘结剂进行磁力搅拌20小时以便制得具有一定粘度且流动性良好的敏感材料浆料。

所述氧化铝基板的长为21mm，宽为15mm，厚度为0.6mm，其电极和料浆的示意图分别如图1和图2所示；印刷完料浆后的氧化铝基板需在80℃的空气中进行充分干燥；后续烧结过程中的升温速率为2℃/分钟，在最高温度保温1小时后使烧结炉自然降至室温。