[发明专利]碳纳米管传感器气敏温度特性测试的实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于碳纳米管传感器特性测试技术领域，具体涉及一种碳纳米管传 感器气敏温度特性测试的实验装置及方法。

背景技术

用碳纳米管制作微型气敏传感器，具有响应快、灵敏度高、工作温度低、 尺寸小等优点，近年来一些学者将碳纳米管应用到传感器领域特别是用于气体 检测，取得了长足的进展。气敏传感器是利用待测气体分子与传感器的气敏层 表面发生吸附或化学反应引起电荷转移，进而导致传感器电学特性发生变化来 检测气体。被检测气体与碳纳米管发生吸附或化学反应必须在一定温度下才能 实现，即温度是影响气敏传感器检测性能的主要因素。因此，研究碳纳米管的 温度特性以及气敏性随温度变化的关系，从而找出碳纳米管传感器检测气体的 最佳工作温度，使其气敏性达到最佳，提高检测气体的准确度。

现有的碳纳米管传感器气敏温度特性测试装置，如《真空科学与技术》2003 年9、10月第23卷第5期中的“多壁碳纳米管气敏性质的研究”一文，使用的实 验装置由250ml密闭玻璃容器、500ml石英玻璃管、四探针测试仪和热电偶组成， 测试了碳纳米管在流通的N₂和O₂中的温度特性，该装置的主要缺点是：缺乏温 度调节部分，不能实时控制温度，从而测试准确度低，同时也不能测试碳纳米 管在真空中的温度特性。又如《传感技术学报》2005年3月第18卷第1期中的 “基于多壁纳米碳管的传感器对甲苯的气敏性研究”一文，采用的实验装置由密闭 气室、进气阀、出气阀、注射器和电化学分析仪组成，该装置仅能测试碳纳米 管的气敏性，不能测试其温度特性。

发明内容

本发明的目的是针对现有碳纳米管传感器气敏温度特性测试装置的不足之 处，提供一种碳纳米管传感器气敏温度特性测试的实验装置及方法，具有结构 简单、操作方便、能分析温度特性对气敏性能的影响、准确度高等特点。

本发明的原理：本发明装置中的温度特性由精密阻抗分析仪进行分析，测 试速度快，精度高；利用真空泵、真空表和压力表检验实验装置的密封性能和 监测密闭气室中的气压状况；电炉、交流接触器、数显调节仪和热电阻构成了 温度控制环节，热电阻用于监测实时温度，数显调节仪用来设置温度值以及范 围，通过交流接触器的开闭控制电炉的通断及加热时间，实现对温度的实时控 制；电炉放置在密闭气室底部，通过接线柱与外部的交流接触器相连，数显调 节仪一端与交流接触器连接，另一端连接热电阻，热电阻置于镶嵌在密闭气室 侧面的保护管内。

实现本发明目的的技术方案是：一种碳纳米管传感器气敏温度特性测试的 实验装置，主要包括缸体、真空泵、交流接触器、数显调节仪、电炉、热电阻、 阻抗分析仪等。缸体为底面封闭的圆筒形，材料为不锈钢，其壁厚为4-6mm、 内径为80-100mm、高为80-100mm，在缸体的顶端装设圆形封头，圆形封头 经O形密封圈通过螺杆螺帽与缸体连接，使缸体内部成为一个密封空间，用以 承受实验过程中的内、外气压及被测气体的腐蚀性，缸体通过三角支架放置在 地面上。真空泵通过导气管并经过球阀、真空表及真空表针阀、压力表及压力 表针阀，与缸体的一侧连通，并在真空表针阀与压力表针阀之间的导气管上， 还装设有进气针阀。真空泵和球阀用以实验前将密封的缸体内抽真空，在实验 完毕后将被测气体抽出。进气针阀用以将被测气体通入抽真空后的缸体内。真 空表和真空表针阀用以监测缸体内被抽真空后的真空度及检验缸体的密封性 能。压力表和压力表针阀用以监测通入被检测气体后缸体内的气压。在缸体内 部的底端焊接一支架，在支架的下面放置一电炉，电炉的功率为500W或1000W， 电炉通过导线经镶嵌在缸体底部并与缸体绝缘的接线柱与交流接触器连接，交 流接触器通过导线分别与数显调节仪和电源连接，电源为220V交流电。在支架 的上面放置耐火砖，在耐火砖上面的一端放置碳纳米管传感器，在耐火砖上面 的另一端紧贴有内装热电阻的保护管，碳纳米管传感器通过导线经镶嵌在缸体 侧面的上部并与缸体绝缘的接线柱与阻抗分析仪连接，阻抗分析仪通过导线与 电源连接，电源为220V交流电；保护管内的热电阻通过导线经镶嵌在缸体侧面 的下部并与缸体绝缘的接线柱与数显调节仪连接，用以控制碳纳米管传感器的 实时工作温度。

一种碳纳米管传感器气敏温度特性测试的实验方法，利用本实验装置，在 不同的被检测气体下，进行碳纳米管传感器的气敏温度特性测试的具体步骤如 下：

(1)实验准备