[发明专利]气体传感器制备方法及装置

说明书

本发明提供了一种制备气体传感器的方法，包括：通过热蒸发工艺在金属线衬底上生长纳米阵列；对生长出的试管刷状纳米阵列结构进行敏化处理；以及腐蚀该试管刷状纳米阵列结构的两端以露出该金属线衬底作为该气体传感器的电极。

技术领域

本发明涉及气体传感器领域，尤其涉及一种制备气体传感器的方法及装置。

背景技术

气体传感器是现代航空发动机系统必不可少的关键设备。一方面它为FADEC系统提供各种状态信号，确保其能够准确控制发动机的运行状态；另一方面为驾驶员提供告警提示，提醒飞行员采取应急措施，降低故障的影响。气体传感器的性能在某种程度上决定了发动机的安全。随着民机行业的快速发展，发动机对传感器的要求也越来越高，不仅要求传感器响应速度快性、稳定性好，同时要求传感器朝着微型化、多功能化、智能化方向发展。

纳米材料由于其独特的尺寸效应使得其具备宏观材料所没有的功能特性。二维气敏材料薄膜气体传感器由于工艺相对简单，而被广泛使用。但由于二维薄膜结构的比表面积较小，对气体的吸附能力、响应速度不如一维纳米结构(参见文献：Sensors andActuators B 126(2007)604–608；J.Phys.Chem.C 2013,117,17850-17858；J.Phys.Chem.C2011,115,7218–7224等)。同时二维薄膜器件从体积上以及与基底的粘附性上都不如一维的纳米器件(如中国专利：CN103033537A)。一维纳米结构，常见如ZnO纳米结构因耦合了ZnO优良的光学、电学、力学性能和高表面比的结构优势，被认为是组成新一代气体传感器件的重要材料之一。然而一维纳米器件的制作过程繁琐，要经过纳米线转移-定位-甩胶-烘烤-曝光-显影-定影过程，其中每个过程出错都会导致失败。同时在器件制备过程中需要依靠精密的半导体加工设备，例如高精密的纳米线转移设备、电子束曝光设备、电子蒸镀设备等(如中国专利：CN 101793855A、CN102636544A等)，由于制作工艺复杂、设备价格高昂限制了它在工程上的应用。

因此，本领域需要一种低成本制备高效气体传感器的技术。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

根据本发明的一方面，提供了一种制备气体传感器的方法，包括：

通过热蒸发工艺在金属线衬底上生长纳米阵列；

对生长出的试管刷状纳米阵列结构进行敏化处理；以及

腐蚀该试管刷状纳米阵列结构的两端以露出该金属线衬底作为该气体传感器的电极。

在一实例中，该通过热蒸发工艺在金属线衬底上生长纳米阵列包括：

在反应温度下使该金属线衬底和原料暴露在含氧气体中持续反应时间。

在一实例中，该金属线衬底为金线，以及该原料为ZnO粉末与碳粉的混合物。

在一实例中，ZnO粉末与该碳粉按原子比1:2的比例混合。

在一实例中，该腐蚀该试管刷状纳米阵列结构的两端包括：

采用盐酸分别浸泡该试管刷状纳米阵列结构的两端以腐蚀掉两端的ZnO从而在两端分别露出该金线作为该气体传感器的电极。

在一实例中，该反应温度为1050℃，以及该反应时间大于15分钟。

在一实例中，使该金属线衬底和该原料暴露在该含氧气体中包括：以预定流量向反应炉中通入该含氧气体。

在一实例中，该含氧气体为氩气与氧气的混合气体。