專利名稱：氣體傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體傳感器，特別涉及一種能有效檢測煙霧發(fā)出的氣味、一般的臭味例如TMA和CH3SH、Kimchi的氣味、乙醛等的空氣污染氣體傳感器，及其制造方法。
通常，空氣污染氣體傳感器是通過下面一系列的過程工作的，即，當(dāng)空氣污染氣體傳感器的敏感材料的表面吸附漂浮在空氣中的還原氣體時，空氣污染氣體傳感器會因交換電子而產(chǎn)生氧化/還原反應(yīng)。即還原氣體R與已吸附在加熱的傳感器表面的氧離子(O-)結(jié)合產(chǎn)生如以下化學(xué)式所表示的改變導(dǎo)電性的導(dǎo)電電子。
這些反應(yīng)隨還原氣體R、傳感器的材料(敏感材料)、催化劑的量和種類、工作溫度(加熱的溫度)等等而大不相同。因此，應(yīng)按照要檢測的氣體對傳感器的敏感材料和催化劑的種類及數(shù)量作適當(dāng)調(diào)整。此外，由于傳感器的表面需要適當(dāng)?shù)丶訜?，必須在傳感器?nèi)安裝加熱器。另外，還應(yīng)考慮成本、批量生產(chǎn)的可行性和傳感器的壽命。
氣體傳感器一般用于檢測和顯示空氣污染的程度并對污染進行適當(dāng)?shù)乜刂?即，用來凈化)的空氣凈化器和空氣調(diào)節(jié)器等中的顯示器和除臭(deodoring)器件。
下面參照
圖1說明常規(guī)的空氣污染氣體傳感器。
如圖1所示，檢測空氣污染程度的常規(guī)空氣污染氣體傳感器包括以線圈的形式固定在陶瓷管1內(nèi)用來加熱傳感器的加熱器2、形成在陶瓷管1的外壁上并具有連接到其上的引線4的電極3-1，3-2、和在管1的外壁上位于電極3-1，3-2之間的混有如Pd或Pt等貴金屬催化劑的SnO2敏感層5。
首先，由加熱器2加熱常規(guī)空氣污染氣體傳感器，并使加熱器保持在預(yù)定的已升高的激活敏感層5與被檢測氣體反應(yīng)的溫度。
當(dāng)氣體與加熱的敏感層5的表面接觸時，電子在被檢測氣體分子和敏感層5表面間運動，從而引起導(dǎo)電性改變，即，在電流流過電極3-1，3-2間時，電阻隨之改變，這便可檢測到氣體的存在。
圖2顯示了用常規(guī)空氣污染氣體傳感器檢測的空氣污染程度的結(jié)果(沒有發(fā)現(xiàn)氣體的狀態(tài)與發(fā)現(xiàn)氣體的狀態(tài)相比較)。參見圖2，電阻隨乙醇、氫、和碳氫化合物濃度的增加而減小，這表明因為常規(guī)空氣污染氣體傳感器與乙醇、氫、和碳氫化合物發(fā)生反應(yīng)，所以常規(guī)空氣污染氣體傳感器主要與包含日常生活中的空氣污染組成部分的上述氣體的氣味或氣體反應(yīng)。
作為一個典型的實例，當(dāng)香煙發(fā)出的煙包括微量的CO、H2、HC等時，常規(guī)空氣污染氣體傳感器能夠檢測到這種煙。除檢測香煙外，常規(guī)空氣污染氣體傳感器主要用來檢測與空氣污染程度或臭味毫無關(guān)系的CO、CH4、C4H10。
然而，常規(guī)空氣污染氣體傳感器有以下問題首先，常規(guī)空氣污染氣體傳感器在檢測香煙的煙味之一的CH3CHO、構(gòu)成汗和腳的氣味的C5H10O2、腐敗的食物發(fā)出的臭味的TMA([CH3]3N)和CH3SH、及Kimchi氣味時是較不敏感的。
第二，由于常規(guī)空氣污染氣體傳感器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝加熱器和涂敷敏感層需依次由人工完成，所以常規(guī)空氣污染氣體傳感器的制造工藝時間長，很難批量生產(chǎn)。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種空氣污染氣體傳感器及其制造方法，基本上能克服由于已有相關(guān)技術(shù)的限制和缺點而引起的一個或多個問題。
本發(fā)明的一個目的是提供一種檢測煙、腐敗食物發(fā)出的臭味、汗味等等的空氣污染氣體傳感器及其制造方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種適于批量生產(chǎn)的簡化了結(jié)構(gòu)的空氣污染氣體傳感器及其制造方法。
本發(fā)明另外的特點和優(yōu)點會在以下的說明中體現(xiàn)出來，部分將從說明中顯現(xiàn)，或可通過實施本發(fā)明獲悉。由本發(fā)明的說明書、權(quán)利要求書及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)和獲得本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點。
為了實現(xiàn)這些和其它優(yōu)點，按照本發(fā)明的目的，有關(guān)具體的和概要的說明如下，本發(fā)明的空氣污染氣體傳感包括基片，形成在基片上的加熱器，每一個皆形成在基片上且與加熱器絕緣的電極，及在包括電極的基片上由包含WO3的SnO2構(gòu)成的敏感層。
在本發(fā)明的另一方案中，提供一種制造空氣污染氣體傳感器的方法，該方法包括下列步驟提供基片，在基片上形成加熱器，形成與加熱器絕緣的電極，及在包括電極的基片上形成包含WO3的SnO2敏感層。
應(yīng)該明白，上述一般的說明和下面的詳細說明皆是示范性和說明性的，對本發(fā)明的進一步解釋如權(quán)利要求書所述。
附圖可提供對本發(fā)明的進一步的理解，并與說明書結(jié)合且構(gòu)成說明書的一部分，來描述發(fā)明的實施例，并與說明書一起解釋這些圖的原理。
在附圖中，圖1表示常規(guī)空氣污染氣體傳感器的結(jié)構(gòu)；圖2表示常規(guī)空氣污染氣體傳感器的氣體檢測特性；圖3是按照本發(fā)明的空氣污染氣體傳感器的布局；圖4是按照本發(fā)明的空氣污染氣體傳感器的剖面圖。
圖5a和5b表示制造按照本發(fā)明的空氣污染氣體傳感器的工藝步驟；圖6示出了用本發(fā)明的空氣污染氣體傳感器的檢測氣體的電路；及圖7表示常規(guī)空氣污染氣體傳感器和本發(fā)明的氣體傳感器的電壓輸出變化特性。
下面詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，這些實例示于附圖中。
圖3是按照本發(fā)明的空氣污染氣體傳感器的布局，圖4是參照圖3的線IV-IV的剖面圖，本發(fā)明的空氣污染氣體傳感器包括Al2O3基片1，形成在Al2O3基片上的Pt加熱器2，及形成在Al2O3基片1上包含WO3的SnO2敏感層4，該Al2O3基片1具有形成于其上且與加熱器2絕緣的電極3。
下面將參照圖5a和5b說明一種制造空氣污染氣體傳感器的方法，圖5a和5b表示制造本發(fā)明的空氣污染氣體傳感器的工藝步驟。
參見圖5a和5b，在制造本發(fā)明的空氣污染氣體傳感器的方法中，首先提供Al2O3基片，形成加熱器和電極圖形掩模，覆蓋Al2O3基片，并用絲網(wǎng)印刷的方法將Pt漿料印制到Al2O3基片上，以形成加熱器2和電極3。加熱器2和電極3之間必須相互絕緣。然后，在基片干燥后，在約1100℃的溫度對它進行熱處理。然后將敏感材料漿料印制在包括電極3的Al2O3基片上。
參見圖5b，其中制備敏感材料漿料的方法是將超過90％的SnO2與1-10％的WO3均勻混合。然后為形成有合適粘度的漿料將有機粘合劑加入均勻混合的粉末。然后用3-輥碾磨機碾磨該混合物，以使該粉末和有機粘合劑很好地混合，并碾磨成預(yù)定尺寸。如圖5a所示，用絲網(wǎng)印刷法把這樣所獲得的漿料印制在包括電極3的Al2O3基片1上，形成敏感層4。使基片干燥預(yù)定時間，并在600℃對它進行熱處理。然后，盡管未示出，把Pt線與加熱器2和電極3連接，封裝，完成氣體傳感器的制造圖6是前述氣體傳感器工作的電路。
參見圖6，同時給敏感層4和加熱器2加5V電壓，把空氣污染氣體傳感器加熱到250℃，把電阻RL連接到敏感層4的電阻Rs上產(chǎn)生一個輸出電壓。
當(dāng)還原氣體被吸附在空氣污染氣體傳感器表面上并與之反應(yīng)時，由于敏感層4的電阻Rs的阻值減小，輸出電壓增加，所以可以檢測到目標氣體的存在。
圖7表示用于不同的典型的氣味成分的常規(guī)空氣污染氣體傳感器和本發(fā)明的空氣污染氣體傳感器的電壓輸出變化特性。即，圖7表示在少量氣體注入到空氣污染氣體傳感器安裝于其中的501容積的密封的盒子中時，隨著時間的變化，空氣污染氣體傳感器的輸出電壓的變化。
參見圖7，在少量香煙的煙(相當(dāng)于1/20支香煙的煙量)注入到盒子中時，本發(fā)明的空氣污染氣體傳感器在約30秒內(nèi)是穩(wěn)定的，并示出輸出電壓差(ΔV)大于1.8V，而常規(guī)空氣污染氣體傳感器只顯示出0.4V。對于腐敗食物的臭味、Kimchi味、和乙醛的TMA和CH3SH，本發(fā)明的空氣污染氣體傳感器顯現(xiàn)出較大的輸出電壓的變化。而常規(guī)空氣污染氣體傳感器顯現(xiàn)出很小的電壓變化。因此，可知本發(fā)明的空氣污染氣體傳感器對各種腐敗食物很敏感。
本發(fā)明的空氣污染氣體傳感器有這樣高的敏感度是因為由于用作本發(fā)明的敏感層的敏感材料是與氧化材料催化劑WO3很好混合的SnO2，所以被檢測氣體(即，TMA、CH3SH、Kimchi氣味)的化學(xué)反應(yīng)很容易發(fā)生在敏感層4的表面上。如以下化學(xué)式所示，催化劑WO3活化SnO2表面的有機氣體反應(yīng)。
R + O-→RO+e-↑↑ ↑有機氣體 吸附的氧離子 催化劑(WO3)由于如上述化學(xué)式所示產(chǎn)生的電子(e-)，導(dǎo)電性，即，敏感層的電阻隨空氣污染氣體傳感器的輸出電壓的改變而變化，表明目標氣體的存在。
此外，因為本發(fā)明的空氣污染氣體傳感器的敏感層是以平面形狀形成在基片上，所以敏感層的孔隙率容易控制，可形成產(chǎn)生敏感度的較大接觸面積。
如上所述，首先，因為敏感層是由添加了催化劑WO3的SnO2構(gòu)成，本發(fā)明的空氣污染氣體傳感器可有效地檢測煙草的煙、腐敗食物氣味的TMA和CH3SH、及乙醛。
本發(fā)明的空氣污染氣體傳感器的平面形狀可形成較大接觸面積，這可以使對氣體的敏感度較好，還可使結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝簡單，有助于批量生產(chǎn)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該清楚，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以對制造本發(fā)明的空氣污染氣體傳感器的方法作各種改型和變化。但，實際上本發(fā)明可覆蓋對本發(fā)明的改型和變化，這些改型和變化皆落在權(quán)利要求和其等同的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氣體傳感器，包括基片；形成在所述基片上的加熱器；每一個皆形成在所述基片上且與加熱器絕緣的電極；及在包括所述電極的所述基片上由包含WO3的SnO2構(gòu)成的敏感層。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，其中，WO3與SnO2的混合比為1-10wt％。
3.一種制造氣體傳感器的方法，該方法包括下列步驟在基片上形成所述加熱器；在基片上形成與加熱器絕緣的電極；及在包括電極的基片形成包含WO3的SnO2敏感層。
4.如權(quán)利要求3所述的制造氣體傳感器的方法，其中，WO3與SnO2的混合比為1-10％。
5.如權(quán)利要求3所述的制造氣體傳感器的方法，其中，制備該敏感層包括以下步驟，即，把SnO2與WO3均勻混合，加入有機粘合制備混合物，用3-輥碾磨機將該混合物碾磨成漿料，把漿料印制基片上。
全文摘要
一種能有效檢測由煙霧發(fā)出的氣味、一般的臭味例如TMA和CH
文檔編號G01N33/00GK1158995SQ96112060
公開日1997年9月10日 申請日期1996年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月27日
發(fā)明者尹童鉉, 李圭晶, 權(quán)哲漢, 洪炯基 申請人:Lg電子株式會社