[发明专利]基于单根ZnO微米线的非平衡电桥式乙醇气体传感器

说明书

本发明公开一种基于单根ZnO微米线的非平衡电桥式乙醇气体传感器，本首先通过化学气相沉积方法制备出表面积大，结晶好的ZnO微米线阵列，然后从其上取出所需的单根ZnO微米线，在其两端用银胶固定并作为惠斯通电桥的一个可变桥壁，与其他三个桥壁构成非平衡电桥式乙醇气体传感器。制备工艺简单，成本低廉，制作方便易于实现，不仅具有较高的灵敏度而且响应和恢复速度快，可在室温下对乙醇气体进行检测，提高了检测器的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种乙醇气体传感器，尤其是一种灵敏度高、响应和恢复速度快的基于单根ZnO微米线的非平衡电桥式乙醇气体传感器。

背景技术

目前，在各种气体传感器中，氧化物半导体为敏感材料的气体传感器以具有灵敏度高、检测下限低、响应和恢复时间短、成本低廉等突出的优点，成为广泛应用的气体传感器之一。近年来，作为直接带隙宽禁带半导体材料的氧化锌（ZnO），由于其独特的光电、压电和化学性质，以及高的热稳定性和气体特性逐渐被应用于气体传感方面，特别是对于具有比表面积大的一维ZnO纳/微米结构，已经显示出比体材料更优越的气敏特性。但目前文献报道的纳/微米ZnO气体传感器的工作温度普遍较高（大约在200~400℃），长时间工作不仅对器件造成损害，增加器件工作的不稳定性且大大降低传感器的使用寿命。另外，气体传感器的响应和恢复时间也比较长。

发明内容

本发明为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种灵敏度高、响应和恢复速度快的基于单根ZnO微米线的非平衡电桥式乙醇气体传感器。

本发明的技术解决方案是：一种基于单根ZnO微米线的非平衡电桥式乙醇气体传感器，由敏感材料与三个定值电阻组成惠斯通电桥，其特征在于：所述敏感材料为直径30~100μm、长度30~40mm 的单根ZnO微米线，所述单根ZnO微米线是按如下步骤制备：

（a）将纯度大于99%的ZnO粉末和活性碳粉按照质量比2：1充分混合制成反应源材料，将反应源材料放入石英舟内，然后再将石英舟放入化学气相沉积系统石英管的中心处；

（b）通入载气氩气，氩气流量为100~300ml/min，当温度加热至950~1100℃时通入氧气，氧气流量为10~100ml/min，生长时间为30分钟；

（c）关闭氧气，保持氩气流量，降温至100℃以下，在石英管出气口处得到ZnO微米线阵列，从ZnO微米线阵列底部剥离出单根ZnO微米线。

本发明首先通过化学气相沉积方法制备出表面积大，结晶好的ZnO微米线阵列，然后从其上取出所需的单根ZnO微米线，在其两端用银胶固定并作为惠斯通电桥的一个可变桥壁，与其他三个桥壁构成非平衡电桥式乙醇气体传感器。制备工艺简单，成本低廉，制作方便易于实现，不仅具有较高的灵敏度而且响应和恢复速度快，可在室温下对乙醇气体进行检测，提高了检测器的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例1中ZnO微米线阵列的相机照片。

图2是本发明实施例1中单根ZnO微米线的扫描电子显微镜照片。

图3是本发明实施例1在工作温度为室温25℃、乙醇浓度为10ppm下的响应和恢复曲线。

图4是本发明实施例2在工作温度为室温25℃、乙醇浓度为40ppm下的响应和恢复曲线。

图5是本发明实施例在工作温度为室温25℃、乙醇浓度为70ppm下的响应和恢复曲线。

图6是本发明比较例在工作温度为室温25℃、乙醇浓度为70ppm下的响应和恢复曲线。

具体实施方式

实施例1：