專利名稱：基于無序多壁碳納米管－金屬異質結的溫度傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種溫度傳感器，特別涉及基于無序碳納米管—金屬異質結的溫度傳感器的設計。
背景技術：
溫度傳感器至今已普遍應用于生活和科研的各個領域。有二極管溫度傳感器、熱電偶溫度傳感器、線式溫度傳感器、布拉格光柵溫度傳感器等，其構成和原理可謂是多種多樣，但在其結構和使用方面都存在各自的局限性。碳納米管自其誕生以來，一直為人們所關注。燎原般地滲透到科研和生活的各個領域，合成制備碳納米管的成熟技術也多有報道。例如文獻[Zhang XF，Cao AY，Wei BQ，Li YH，Wei JQ，Xu CL，and Wu DH，CHEMICAL PHYSICS LETTERS2002，362285-290]，[Ci LJ，Wei JQ，Wei BQ，Liang J，Xu CL，and Wu DH，CARBON 2001，39(3)329-335]，[Wei JQ，Ci LJ，Jiang B，Li YH，Zhang XF，Zhu HW，Xu CL，and WuDH，JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY 2003，13(6)1340-1344]，[Yu Hao，Zhang Qunfeng，Wei Fei，Qian Weizhong，Luo Guohua，Carbon 41(2003)2855-2863]和[中國發明專利，公開號1456498]中均有相關的報道。文獻資料表明，碳納米管具有特殊的能級結構和優異的電學性質，但是，如何利用碳納米管的優異的性能研究開發一種結構簡單，性能更加優良且具有廣闊應用前景的溫度傳感器件則是非常值得研究的課題。
發明內容
本發明的目的是充分利用納米材料所具有的特殊的能級結構和優異的電學性質，開發研制一種相對于現有技術具有結構簡單，易于制造，測量范圍寬且具有較高測量精度的無序多壁碳納米管—金屬異質結的溫度傳感器。
本發明的技術方案如下一種基于無序多壁碳納米管—金屬異質結的溫度傳感器，其特征在于該溫度傳感器包括絕緣絕熱管，填充在絕緣絕熱管內的多壁碳納米管粉末柱，設置在多壁碳納米管粉末柱一端且與碳納米管粉末柱緊密接觸形成碳納米管—金屬異質結的金屬溫度探頭以及封壓在碳納米管粉末柱另一端的導電金屬塊，并在金屬溫度探頭和導電金屬塊處分別引出電極。
本發明所述的絕緣絕熱管采用抽成真空的雙壁玻璃套管。
本發明相對于現有技術，具有以下優點及突出性效果該溫度傳感器不僅結構簡單，制作方便，成本低廉，而且可測量溫度范圍寬，在大范圍內均能保證同樣的測量精度；對溫度的響應時間快。利用基于多壁碳納米管—金屬異質結的溫度傳感器，可以通過測量電學量的大小監測溫度值；反之，也可以通過對電學量的監測反饋，從而達到控制溫度的目的。因此，該溫度傳感器具有廣闊的應用前景。
圖1為本發明所用多壁碳納米管粉末的掃描電子顯微鏡圖像。
圖2為本發明溫度傳感器實施例的結構示意圖。
其中，1為用以將碳納米管粉末封壓在玻璃管中的金屬塊，2為多壁碳納米管粉末柱，3為金屬溫度探頭，4為抽成真空的雙壁玻璃套管。
圖3為該傳感器對溫度的響應曲線。
圖4為本發明溫度傳感器在測量溫度為260℃時的電流變化對時間的響應曲線。
具體實施例方式
圖2為本發明溫度傳感器的結構示意圖。該溫度傳感器包括絕緣絕熱管4，填充在絕緣絕熱管內的多壁碳納米管粉末柱2，設置在多壁碳納米管粉末柱一端且與碳納米管柱緊密接觸形成碳納米管—金屬異質結的金屬溫度探頭3以及封壓在碳納米管柱另一端的導電金屬塊1，并在金屬溫度探頭和導電金屬塊處分別引出電極。金屬溫度探頭和導電金屬塊可以是由銅、銀、鋁等金屬制成。該傳感器的制作方法是將多壁碳納米管粉末裝入絕緣絕熱管內壓實形成碳納米管粉末柱，然后，在其一端插入金屬溫度探頭并與碳納米管柱緊密接觸形成碳納米管—金屬異質結，在碳納米管柱兩端的金屬分別引出電極。絕緣絕熱管4可采用抽成真空的雙層玻璃套管或采用其它絕緣絕熱材料制成的管。多壁碳納米管粉末可以是用任何方法制備的多壁碳納米管的粉末。工作時，先把電極和外電路測量儀表相連接，然后將金屬溫度探頭與被測物體相接觸，這樣，由于碳納米管—金屬異質結的存在，電路中的電流就會隨探頭溫度的上升而增加，隨探頭溫度的下降而減小。
下面舉出一個具體實施例對本發明作進一步說明。
本發明將多壁碳納米管粉末(如圖1所示)裝入抽成真空的雙層玻璃套管內，壓實形成碳納米管粉末柱，然后，在其一端插入金屬銅溫度探頭并與碳納米管粉末柱緊密接觸形成碳納米管—金屬異質結，在碳納米管柱的另一端封壓鋁金屬塊，并分別引出電極，構成溫度傳感器(如圖2所示)。納米管柱直徑為11mm，長度為100mm，電阻為2.74Ω，該傳感器對溫度的響應曲線如圖3所示。實驗測量結果表明傳感器內的熱致電流會隨溫度的升高而增大，隨溫度的降低而減小。當然，測量顯示的電流與被測物體的溫度之間的關系受環境溫度影響，因此，具體器件在使用時需要根據環境溫度進行適當修正。從該溫度傳感器在接觸被測物體時電流對時間的響應曲線(如圖4所示)可知，該器件的響應時間約十余秒。
權利要求
1.一種基于無序多壁碳納米管-金屬異質結的溫度傳感器，其特征在于該溫度傳感器包括絕緣絕熱管(4)，填充在絕緣絕熱管內的多壁碳納米管粉末柱(2)，設置在多壁碳納米管粉末柱一端且與碳納米管粉末柱緊密接觸形成碳納米管-金屬異質結的金屬溫度探頭(3)以及封壓在碳納米管粉末柱另一端的導電金屬塊(1)，并在金屬溫度探頭和導電金屬塊處分別引出電極。
2.按照權利要求1所述的溫度傳感器，其特征在于所述的絕緣絕熱管采用抽成真空的雙壁玻璃套管。
全文摘要
基于無序多壁碳納米管—金屬異質結的溫度傳感器，涉及一種基于無序多壁碳納米管—金屬異質結的溫度傳感器及其制作方法。該溫度傳感器包括絕緣絕熱管，填充在絕緣絕熱管內的多壁碳納米管粉末柱，設置在多壁碳納米管粉末柱一端且與碳納米管粉末柱緊密接觸形成碳納米管—金屬異質結的金屬溫度探頭以及封壓在碳納米管粉末柱另一端的導電金屬塊。工作時，先把電極和外電路測量儀表相連接，然后將金屬溫度探頭與被測物體相接觸，這樣，由于碳納米管—金屬異質結的存在，電路中會產生隨溫度變化的熱致電流。該溫度傳感器不僅結構簡單，制作方便，成本低廉，而且可測量溫度范圍寬，在大范圍內均能保證同樣的測量精度，對溫度的響應時間快。
文檔編號G01K7/02GK1632484SQ20051001117
公開日2005年6月29日 申請日期2005年1月14日 優先權日2005年1月14日
發明者孫家林, 劉曉萌, 孫紅三, 朱嘉麟, 李俊林 申請人:清華大學