[发明专利]一种可同时检测湿度、温度和流量的多功能气体传感器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种可同时检测湿度、温度和流量的多功能气体传感器及其制备方法。本发明在单层传感器芯片两侧分别制备氧化石墨烯湿度传感器和微型加热器，并将微型加热器用于温度、流量检测。传感器针对湿度检测在室温下具有超高的灵敏度，快速的响应时间，宽广的检测范围和良好的重复性。传感器的微型加热器可分别用作冷态和热态的温度和流量传感器，具体可在26‑113℃的范围内进行精确的温度测量，并且可通过修改施加在微型加热器上的电压调整检测灵敏度。本发明制备的多功能气体传感器可用于人体检测，如口鼻呼吸等，具体可应用于物联网、环境监测、医疗保健等领域。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，涉及一种具有湿度、温度和流量检测功能的气体传感器及其制备方法。

背景技术

与具有单一功能的单个传感器相比，具有多种感测功能的传感设备具有能耗低，成本低，集成度高和体积小的优势。通常，多功能传感器是通过合理设计不同的感应层(用于感知刺激的每一层)或利用相同的材料进行多参数检测来实现的。

目前石墨烯和金属纳米带等材料都可用于制备具有多层结构的多功能传感器，具有多层结构的多功能传感器通常使用不同的材料并采用复杂的制备程序来实现多功能感应成本较高且工艺复杂，为大范围应用及量产带来的困难。在单层传感器芯片上集成多种传感功能，将大大简化器件结构，降低加工难度，从而降低成本。然而使用相同的材料制备传感器并有效区分不同检测目标的检测结果是十分困难的，因此这种多功能传感器目前很少被报道与应用。

气体的流量、湿度和温度与我们的日常生活、个人健康和工业生产密切相关，湿度和温度传感器可应用于环境监测和人体活动，个人保健，电子皮肤和软体机器人。

到目前为止，尚无此类多功能传感器具有同时检测气体流量，湿度和温度的功能。

蛇形金属微线的微加热器已被广泛用于改善气体传感器的响应性能，具体材料包括金属氧化物半导体，石墨烯，Pd等。对于在200℃以上环境中工作的金属氧化物气体传感器，微加热器的实际应用至关重要。与外部笨重的加热阶段相比，微型加热器具有体积小，功耗低，便携性强，加热和冷却过程快等独特优点。

本发明在单层芯片中集成了湿度、温度和流量检测的传感器，并将其应用于多功能气体传感器，在物联网、环境监测、医疗保健等领域具有极大的应用潜力，并为多功能气体传感器提供一种新颖简便的制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种可同时检测湿度、温度和流量的多功能气体传感器。

本发明制备的气体传感器包括基板、上电极层和下电极层，其中所述上电极层和下电极层分别位于所述基板的两侧，所述上电极层修饰有湿度传感器，所述下电极层修饰有微型加热器。

所述湿度传感器包括基底层和电极层，其中基底层为Si/SiO₂晶片，电极层为修饰了氧化石墨烯的Cr/Au层，其中氧化石墨烯薄板弥合了叉指电极表面的间隙。

本发明制备的基于氧化石墨烯的湿度传感器在室温下具有高灵敏度特性，快速响应时间，较宽的检测范围，在高温下其灵敏度下降，因此温度对于湿度检测的影响不可忽略，通过微型加热器进行检测与调整。

所述微型加热器为蛇形铂微线结构。四个微型加热器并联连接到外部直流电源，从而能够在低压下产生足够的热量；固定电阻与微型加热器和电路中的直流电压源串联；通过使用万用表测量电阻器的电压来获得串联电路中的电流。

本发明设计的基于蛇形铂微线的微型加热器通过连接到相应的电路，对于热态下检测湿度和流量具有关键作用，同时在冷态下用作可靠的热敏电阻，可进行精确的温度测量。

本发明的另一目的是提供一种可同时检测湿度、温度和流量的多功能气体传感器的制备方法。

具体包括以下步骤：