[发明专利]一种基于ZnO复合纤维的乙醇气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及气体传感器领域，尤其涉及一种基于ZnO复合纤维的乙醇气体传感器。

背景技术

传感器作为获取自然和生产领域中各类信息的主要途径和手段，已经成为核心技术和装备。国家标准GB7665-87对传感器的定义是：能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换为可用输出信号的器件或装置。

近年，由于在工业排放控制、环境检测、交通安全和疾病诊断等领域的广泛应用，人们对于乙醇气体传感器的关注越来越多。在众多的气体传感器中，采用金属氧化物半导体作为敏感材料的电阻型气体传感器由于具有低成本，高灵敏度和操作简单等优点，是目前应用最广泛的气体传感器之一。金属氧化物气体传感器是利用敏感材料暴露于测试气体中时被测量随测试气体种类与浓度的不同而产生变化的原理制备的。因此，敏感材料、器件结构以及性能是金属氧化物气体传感器的主要研究内容。

目前，人们采用了各种各样的方法来改善金属氧化物半导体型气体传感器的气敏特性，包括构筑复杂多维的纳米结构、负载贵金属催化剂、形成纳米复合物、异价掺杂等等。

发明内容

本发明旨在提供一种基于ZnO复合纤维的乙醇气体传感器，以解决上述提出问题。

本发明的技术方案提供了一种基于ZnO复合纤维的乙醇气体传感器，该气体传感器由外表面自带有2个平行且分立的环形金电极的氧化铝陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料、穿过陶瓷管的镍铬合金加热线圈组成，每个金电极上连接有两根铂丝引脚；其特征在于，所述敏感材料为静电纺丝法制备的ZnO复合纳米纤维，该ZnO复合纳米纤维材料具体为ZnO微球掺杂金属纳米线和Al。

本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：

1.本发明中，采用静电纺丝法制备了基于氧化锌的复合纳米纤维，该复合纳米纤维具有大的比表面积，且纤维具有微孔结构，提高了传感器的灵敏度降低了响应时间，有效提高了传感器的性能。

2.该ZnO复合纳米纤维中，掺杂有Al，首先，Al离子的引入抑制了ZnO微球的生长，使其微球尺寸明显减少，另一方面，该Al离子取代了ZnO晶体中的Zn离子的位置，作为补偿，产生了一定量的自由电子，从而降低了材料的空穴载流子浓度，此外，Al离子的掺杂改变了材料中氧组份的分布，使得材料中缺陷氧和表面化学吸附氧的数量得到了极大增加，上述方面共同作用，大幅提高了传感器的灵敏度。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明气体传感器的结构示意图；

其中，21-环形金电极，22-氧化铝陶瓷管，23-敏感材料，24-铬合金加热线圈，25-铂丝。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本发明的技术方案涉及一种基于ZnO复合纤维的乙醇气体传感器，结合图1，所述传感器为旁热式结构，由外表面自带有2个平行且分立的环形金电极21的氧化铝陶瓷管22、涂覆在陶瓷管22表面的敏感材料23、穿过陶瓷管22的镍铬合金加热线圈24组成，每个金电极21上连接有两根铂丝25引脚；所述敏感材料23为静电纺丝法制备的ZnO复合纳米纤维，厚度为0.2～0.5mm，且，该ZnO复合纳米纤维材料具体为ZnO微球掺杂金属纳米线和Al。

ZnO是具有纤锌矿结构的n型宽禁带半导体材料，其在光学、电学、催化等方面性能独特，在传感器、太阳能电池、锂电池、催化等领域都有着实际应用。特别是在气体传感器方面。目前，对ZnO基气体传感器的研究主要采取纳米结构控制、掺杂、复合等方式来提高性能；同时，静电纺丝是一种制备纳米材料的简便方法，而目前关于氧化锌气体传感器的技术方案中，采用静电纺丝法制备氧化锌复合纤维作为敏感材料的技术方案不多；本发明中，采用静电纺丝法制备了基于氧化锌的复合纳米纤维，该复合纳米纤维具有大的比表面积，且纤维具有微孔结构，提高了传感器的灵敏度降低了响应时间，有效提高了传感器的性能。