[发明专利]一种湿润环境下自适应补偿的Au@ZnO TVOCs传感器

说明书

本发明涉及一种湿润环境下自适应补偿的Au@ZnO TVOCs传感器，包括用于封装的壳体，以及依次设置在所述壳体内的Au@ZnO气敏传感器、一层或多层湿致变色片及LED光源，所述湿致变色片放置在所述LED光源和Au@ZnO气敏传感器中间，所述湿致变色片根据环境湿度状况，自适应改变透光状态，调节LED光源投射到Au@ZnO气敏传感器上的光强。本发明通过湿致变色片调节光强，实现光强随湿度的改变而变化，有效实现光强随湿度的自调节，解决湿度对Au@ZnO气体传感器的负面影响。

技术领域

本发明涉及气体传感器敏感材料技术领域，具体涉及一种湿润环境下自适应补偿的Au@ZnO TVOCs传感器。

背景技术

金颗粒修饰氧化锌(Au@ZnO)具有优异的光电特性和气敏特性，被广泛的用作气体传感器的敏感材料。室内环境检测中总有机挥发物(TVOCs)的含量是个重要指标，直接反映实内有害气体成分的总含量。此外，检测人体呼出气中的TVOCs含量，可实现疾病的早期预警。但是室内环境和人体的呼出气中含有大量的水分子，这些水分子会占据Au@ZnO表面的活性位点抑制有机挥发物(VOCs)在Au@ZnO材料表面的反应，降低Au@ZnO气体传感器的响应值和灵敏度。因此亟待解决湿度对Au@ZnO气体传感器的负面影响。

现有消除湿度对气体传感器影响的解决办法主要有以下几种：1)在敏感材料表面包裹一层疏水材料，换接水分子对材料表面活性位点的占据，但该方法的缺点在于包裹疏水材料后，敏感材料表面部分活性位点被覆盖，减少了单位时间内可参与反应的有机挥发物分子数量；2)使用一层滤水膜，在气体进入反应室与敏感材料接触之前，先经过滤水膜将气体中的水分子过滤掉。但目前市面滤水膜的过滤效率并不能达到100％，依然会由相当量一部分水分子与传感材料接触，导致气体传感器的响应值下降；3)利用光照补偿减小湿度的影响，当可见光照射Au@ZnO时，会激发出更多的空穴和电子，这些空穴和电子可被认为是新的活性位点，因此光照可增加Au@ZnO表面的活性位点数量，此时虽然水分子会因为占据活性位点，但光照会补偿减少的活性位点数量，因此光照可减小湿度对Au@ZnO气体传感器响应信号的影响。如果能够根据湿度的变化调节光照强度，则可实现Au@ZnO气体传感器的响应信号不受外界湿度的影响，即湿度自适应，而如何实现光强随湿度的自调节是构建适度自适应传感器的核心。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种湿润环境下自适应补偿的Au@ZnO TVOCs传感器，本发明通过湿致变色片调节光强，实现光强随湿度的改变而变化。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种湿润环境下自适应补偿的Au@ZnO TVOCs传感器，包括用于封装的壳体，以及依次设置在所述壳体内的Au@ZnO气敏传感器、一层或多层湿致变色片及LED光源，所述湿致变色片放置在所述LED光源和Au@ZnO气敏传感器中间，所述湿致变色片根据环境湿度状况，自适应改变透光状态，调节LED光源投射到Au@ZnO气敏传感器上的光强。

干燥环境中Au@ZnO气敏传感器不需要光照来抵消湿度影响，此时湿致变色片呈不透光状态，阻挡了LED光源投射到Au@ZnO传感器上的光。

中高湿度环境中，湿度会降低Au@ZnO气敏传感器响应信号，此时湿致变色片透光率随湿度改变，间接调节LED光源投射到Au@ZnO气敏传感器上的光强，湿度带来的负面影响被抵消。此时从干燥到高湿环境下，Au@ZnO气敏传感器对TVOCs的响应信号维持不变，即实现了传感器响应行为的适度自适应。

优选地，所述壳体包括上层透气外壳以及底部的底层透气支撑板；

所述Au@ZnO气敏传感器、一层或多层湿致变色片及LED光源通过两侧的内层支撑卡槽安装在所述壳体内。

优选地，所述LED光源与所述湿致变色片具有相同的形状，所述LED光源下部安装在透气封装底板上。