[发明专利]一种高灵敏自供能的汽车尾气检测装置

权利要求书

1.一种高灵敏自供能的汽车尾气检测装置，其特征在于：所述检测装置基于自供能感测 元件，并且还包括数据读取模块和气体识别模块；该自供能感测元件包括染料敏化太阳能电 池模块(13)和气体传感器模块(23)；所述染料敏化太阳能电池模块(13)包括对电极、光 阳极以及填充于所述对电极和光阳极之间的电解液(30)，所述对电极包括不锈钢基底(10)、 紧邻不锈钢基底(10)的导电催化层(20)、设置于所述导电催化层(20)上的碳纳米管(50)， 所述光阳极包括ITO导电玻璃基底(40)和位于ITO导电玻璃基底(40)上的TiO₂粒子和染 料分子层(60)，所述TiO₂粒子的粒径约50nm，所述对电极上碳纳米管(50)的长度为5μ m；所述气体传感器模块(23)包括硅片衬底(11)、氧化钨纳米线(32)和Au电极(31)， 所述硅片衬底(11)的表面上腐蚀有多孔硅区域(21)，所述多孔硅区域的表面蒸镀有一层氧 化钨膜与多孔硅一起作为检测气体的复合敏感材料，所述多孔硅的孔径为5～30nm；所述染 料敏化太阳能电池模块(13)和气体传感器模块(23)设置于表面有一直径为0.5cm的进气 孔(53)的规格为5cm×5cm×1cm的铝制的长方体框架(43)内，所述染料敏化太阳能电 池模块(13)通过粘合剂粘合至所述框架(53)的外表面，并使光阳极朝上，所述气体传感 器模块(23)、数据读取模块(33)设置于所述框架(53)内部，所述染料敏化太阳能电池模 块(13)、所述气体传感器模块(23)和数据读取模块(33)通过导线连接。

2.根据权利要求1所述的汽车尾气检测装置，其特征在于，

所述染料敏化太阳能电池模块(13)的制作包括如下步骤：

S1：对电极制备：①选用厚度为0.3mm的规格为5cm×5cm的不锈钢基底(10)，用 砂纸抛光，经过丙酮、乙醇、去离子水依次超声清洗；②利用磁控溅射法在不锈钢基底(10) 上镀金属Cr膜和Ni膜形成导电催化层(20)，所述Cr膜的厚度为300nm，所述Ni膜的厚 度为15nm；③利用CVD法，CH₄为碳源，Ni为催化剂，生长碳纳米管；

S2：光阳极的制备：①分别取无水乙醇50ml、乙二醇胺2ml，在50℃水浴中搅拌使 其充分混合，在混合溶液中加入钛酸丁酯9ml，继续在水浴中搅拌1h，然后加入无水乙醇 10ml，在水浴中搅拌1h，静置12h，得到TiO₂溶液，将其过滤，干燥；②取5g步骤①中 干燥的TiO₂粒子、10ml乙醇、2ml乙酰丙酮混合，放入研钵中研磨充分，制得TiO₂浆料； ③取步骤②中的适量的TiO₂浆料刮涂在清洗后的规格为5cm×5cm的ITO导电玻璃基底 (40)上，经过110℃下处理2h，然后将其浸渍在N719的乙醇溶液中6h，即得光阳极；

S3：电解液配制：0.5M碘化锂、0.06M碘、0.1M4-叔基吡啶和0.3M1-丙基-3-甲基咪 唑碘盐，溶剂为体积比1:1的乙腈和丙烯碳酸脂混合液；

S4：组装：将对电极覆盖在光阳极上，两者之间形成50μm的空腔，边缘利用绝缘体封 装，将电解液(30)注入到空腔中，形成染料敏化太阳能电池模块(13)；

所述气体传感器模块(23)的制备包括以下步骤：

①切割硅片衬底(11)尺寸至2cm×2cm，放入清洗液中超声清洗40min，清洗液为 体积比为3:1的98％浓硫酸和40％双氧水；取出硅片衬底(11)用去离子水冲洗干净，再放 入氢氟酸中浸泡10min，再依次用丙酮、乙醇、去离子水分别超声清洗20min；

②采用电化学法腐蚀硅片，配制腐蚀液，腐蚀液为体积比1:3的氢氟酸(40％)和去离 子水的混合液，腐蚀电流为45mA/cm²，腐蚀时间为1h，在硅片衬底(11)表面形成大小1.5 cm×1cm的多孔硅区域(21)；

③将硅片衬底(11)放入磁控溅射仪中，在其多孔硅区域(21)表面蒸镀一层钨膜，厚 度为200nm，然后将硅片衬底(11)放入管式炉中，密封常压下通入氮气，利用CVD法450℃ 生长氧化钨纳米线；

④使用磁控溅射法在多孔硅区域(21)上制作两个圆点状的Au电极(31)，所述Au电 极(31)的直径为1mm，厚度为100nm。

所述数据读取模块(33)通过无线通信模块发送至设置于所述检测装置内部的控制器模 块，所述控制器模块通过无线通信模块和GPRS模块通信，并将由所述检测装置检测到的数 据值传输至检测数据基站；

进一步的，所述自供能感测元件还设置有一个气体识别模块(70)，所述气体识别模块(70) 通过导线和所述数据读取模块(33)连接，所述气体识别模块(70)主要由外壳体(71)和 与外壳体(71)拆卸式连接的气体检测构件(72)构成，所述气体检测构件(72)由扩散控 制膜层(73)、指示载体粉末(74)和玻璃管(75)构成；所述气体检测构件(72)的制备步 骤如下：

S1：载体的处理与活化：将筛分好的硅胶载体(90～100目)置于在600℃马弗炉中煅 烧2h，冷却后，装瓶待用；

S2：指示载体的制备：量取一定量的原始液放入一容器中，倒入一定量的活化载体，边 加边搅拌，直至混合均匀，上层清液较少为止。在空气中自然干燥后，装入密闭容器中待用；

S3：玻璃管的准备：遴选内径均匀、透明度好的玻璃管(规格为ID2.0mm×OD4.0mm)， 截取成长度为30mm的玻璃管若干段，用砂纸将两侧打毛，然后依次用肥皂水、清水、蒸馏 水将玻璃管清洗干净，晾干待用；

S4：扩散控制膜的准备：采用0.5mm厚的聚酯膜作为扩散控制膜，待聚脂膜干燥后，用 模具冲压成外径为2.0mm的圆形薄膜；

S5：气体识别模块的装配：将扩散控制膜用粘合剂粘合到玻璃管的一侧，然后称取一定量指 示载体粉末慢慢装入玻璃管内至玻璃管无空隙，平整后粘合另一侧扩散控制膜。