[发明专利]一种MEMS甲烷传感器的催化剂载体圆片级制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器的催化剂载体制备方法，特别是一种MEMS甲烷传感器的催化剂载体圆片级制备方法。

背景技术

催化燃烧式瓦斯传感器是当前煤矿中使用最广泛、最普遍的瓦斯检测仪器。随着技术的发展和完善，这种类型的传感器近年来发展迅速，现已占据了煤矿瓦斯检测仪器的主导地位，对煤矿安全生产起到了重要的作用。现有技术采用的制备MEMS催化燃烧式甲烷传感器催化剂载体的方法为用液态或胶态催化剂载体在每个加热器上逐个进行催化剂载体的制备；这种催化剂载体制备方法不具备批量制备的能力，效率低，且制备的催化剂载体涂层不均匀，一致性不好，生产成本高。

发明内容

本发明的目的是要提供一种MEMS甲烷传感器的催化剂载体圆片级制备方法，解决现有的催化燃烧式MEMS甲烷传感器的加热元件无法批量制备催化剂载体的问题。

本发明的目的是这样实现的：该催化剂载体圆片级制备方法基于在硅圆片上制备有多个MEMS甲烷传感器加热元件；所述MEMS甲烷传感器加热元件包括两个金属极板及与之相连的加热器；硅圆片边缘设有总金属连接端，所述总金属连接端与硅圆片上划线槽内的金属线相连，MEMS甲烷传感器加热元件的金属极板均与划线槽内的金属线连接；所用纳米氧化铝溶胶粒子平均粒径为10-50nm。

催化剂载体圆片级制备方法，具体步骤如下：

步骤1：将可溶解于有机溶剂的保护材料涂覆在硅圆片上除加热器和总金属连接端之外的金属表面；所述保护材料可选用可溶解于丙酮有机溶剂的光刻胶(AR-P5350)；

步骤2：用导线连接总金属连接端与直流电压源负极，高纯铝片或石墨板与直流电压源正极用导线相连；

步骤3：将硅圆片与高纯铝片或石墨板以间距3-5cm平行固定，浸入纳米氧化铝溶胶中，硅圆片上所有加热器均浸没于纳米氧化铝溶胶中，总金属连接端置于在纳米氧化铝溶胶外；所述纳米氧化铝溶胶PH值为3-5，粒子含量大于等于20％，以水或乙醇作为溶剂；

步骤4：设定直流电压源电压值5-10V，按步骤2所述连接方式在总金属连接端与高纯铝片或石墨板间通以5-10V直流电压，同时以250-400r/min速率搅拌纳米氧化铝溶胶，在15-25℃下沉积100-180S时间；所述高纯铝片或石墨板与硅圆片尺寸、形状均相同；

步骤5：取出沉积后的硅圆片放置于有机溶剂中去除步骤1所述的保护材料；

步骤6：将硅圆片在15-25℃条件下干燥12h，再以温升速率3-7℃/min加热至500-800℃，恒温保持2.5-3.5h；然后将硅圆片自然冷却至室温，即在MEMS甲烷传感器加热元件上制备得到晶型为γ-Al₂O₃的催化剂载体；

步骤7：沿划线槽划片，特别要断开金属线与MEMS甲烷传感器加热元件金属极板的连接，裂片后即得众多制得催化剂载体的MEMS甲烷传感器载体元件。

所述MEMS甲烷传感器加热元件的加热器材料为金属或者硅；当加热器材料为硅，则先用氢氟酸溶液或者氢氟酸喷雾去除硅加热器上的氧化硅，再进行权利要求1中所述步骤1；当加热器材料为裸露在空气中的金属，则直接进行权利要求1中所述步骤1。

所述的有机溶剂为丙酮有机溶剂或者芳香族有机溶剂。

所用纳米氧化铝溶胶粒子平均粒径为10-50nm。

有益效果，由于采用上述方案，能在同一条件下对整个硅圆片上所有MEMS甲烷传感器加热元件的加热器制备催化剂载体；在大的设备中可对批量硅圆片采用所述方法同时进行催化剂载体的制备，可实现MEMS甲烷传感器的催化剂载体的批量制备，使生产的MEMS甲烷传感器具备一致性好的特点；所述方法可在规则或不规则形状的加热器表面制备厚度均匀的催化剂载体；所述方法是一种温和的表面涂复方法，有利于增强加热器与催化剂载体之间的结合力。

优点：该种制备催化剂载体的方法设备简单，容易操作，可批量制备催化剂载体，制备的催化剂载体涂层均匀、稳定、一致性好。

附图说明：

图1为本发明中已制得MEMS甲烷传感器加热元件的硅圆片俯视示意图。

图2为本发明中电泳沉积法所用装置的示意图。

具体实施方式