[发明专利]一种气体传感器阵列及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体传感器阵列，具体的说是以单种半导体金属氧化物纳米材料构建气体传感器阵列的方法。

背景技术

以半导体金属氧化物为基础的气体传感器，由于其体积小、能耗低、稳定性好等优点，已被广泛的应用于工业、环境监测、食品检测等多种领域。然而这种气体传感器几乎对多种气体都有响应，在检测混合气体或有干扰气体存在等的情况下，很难有效识别目标组分。

将不同的气体传感器组成一个阵列，利用其对不同气体响应的交叉信息，来提高传感器的选择性，被认为是一种很好的手段。最简单的方法是将不同的以SnO₂为基础的商品化气体传感器组成传感器阵列，然而这种传感器阵列对气体的识别能力，仍然受限于有限的商品化气体传感器。虽然气敏材料中掺杂一些贵金属，如Ag、Pd、Pt、Au等，可以一定程度上改善传感器对气体的响应和选择性。然而，有限的半导体金属氧化物气敏材料，及单一的掺杂方式，并没有使传感器的选择性问题从根本上得到很好的提升。

发明内容

基于以上的问题，本发明的目的在于提供一种阵列气体传感器及其制备方法，以单种半导体金属氧化物作为气敏材料，制备不同厚度的气敏膜，构建不同的气体传感器，并形成阵列。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

由N个气体传感器组成阵列，N为大于1的正整数；每个传感器均采用同种半导体金属氧化物纳米材料为传感膜，各个传感器中传感膜的厚度各不相同，进而对不同气体响应不同，以实现气体的区分检测。

所述同种半导体金属氧化物为SnO₂、ZnO、In₂O₃、CuO、CdO、Fe₂O₃、TiO₂、WO₃或NiO金属氧化物中的一种。

所述纳米材料为纳米粒子、纳米线、纳米带、纳米管、纳米孔微米片、纳米孔微米管、纳米孔微米线其中的一种或多种。

单个传感器采用层-层组装法制备，具体步骤如下：

1）取一定质量的半导体金属氧化物纳米材料均匀分散到有机溶剂中；

2）取一定体积步骤1）中所述的分散好的半导体金属氧化物纳米材料，滴在N个陶瓷管表面上，陶瓷管以一定转速绕轴向自转，使半导体金属氧化物纳米材料分散液均匀旋涂在其表面，直至有机溶剂完全挥发，构成一层半导体金属氧化物膜；不同陶瓷管上滴加不同次数的半导体金属氧化物纳米材料，获得多个具有不同层数的半导体金属氧化物膜；

3）在步骤2）中所述的每个陶瓷管表面镶上两根导线，导线与半导体金属氧化物膜接触；在陶瓷管中放置一根加热丝；两根导线分别与测量电路连接，加热丝与加热电路连接，组成N个传感器；传感器在350℃下工作，电阻阻值在0.05～5000KΩ；

4）将N个传感器排布组成半导体金属氧化物气体传感器阵列。

所述半导体金属氧化物纳米材料的质量为5～200mg，超声分散在1～100mL的有机溶剂中形成悬浊液。

所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、丙酮、甲苯、氯仿、正己烷、乙腈、丁酮中的一种或多种。

所述转速为2-100rpm。

本发明具有如下优点:

1.本发明只采用一种金属氧化物半导体气敏材料构建传感器阵列，可以不再受限于市场上有限种类的商品化半导体气体传感器；

2.由于半导体金属氧化物气体传感器的响应受多方面因素影响，如金属氧化物半导体气敏材料层之间的电子导通情况差异，气体在不同层之间扩散导致的扩散速率及浓度的下降，半导体金属氧化物材料孔隙大小，半导体金属氧化物接触电阻等。因此，随着层数的增加，半导体金属氧化物气体传感器对气体的响应并不是线性增加的，从而导致了每只传感器对气体响应的不同；

3.由于每只气体传感器对VOCs气体的响应都不一样，使得传感器阵列对气体的选择性得以大大的提高；

4.该传感器及其制备方法简单可靠，具有很好的实用性。

附图说明

图1（a）为In₂O₃纳米孔微米管传感器阵列测量致毒浓度的多种有机挥发性气体的指纹库；

图1（b）为未知样本在指纹库中的归类。

图2（a）为SnO₂纳米线传感器阵列测量致毒浓度的多种有机挥发性气体的指纹库；

图2（b）为未知样本在指纹库中的归类。

具体实施方式