一種氣體傳感器陣列及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氣體傳感器陣列，具體的說是以單種半導體金屬氧化物納米材料構建氣體傳感器陣列的方法。
【背景技術】
[0002]以半導體金屬氧化物為基礎的氣體傳感器，由于其體積小、能耗低、穩定性好等優點，已被廣泛的應用于工業、環境監測、食品檢測等多種領域。然而這種氣體傳感器幾乎對多種氣體都有響應，在檢測混合氣體或有干擾氣體存在等的情況下，很難有效識別目標組分。
[0003]將不同的氣體傳感器組成一個陣列，利用其對不同氣體響應的交叉信息，來提高傳感器的選擇性，被認為是一種很好的手段。最簡單的方法是將不同的以SnO2為基礎的商品化氣體傳感器組成傳感器陣列，然而這種傳感器陣列對氣體的識別能力，仍然受限于有限的商品化氣體傳感器。雖然氣敏材料中摻雜一些貴金屬，如Ag、Pd、Pt、Au等，可以一定程度上改善傳感器對氣體的響應和選擇性。然而，有限的半導體金屬氧化物氣敏材料，及單一的摻雜方式，并沒有使傳感器的選擇性問題從根本上得到很好的提升。
【發明內容】
[0004]基于以上的問題，本發明的目的在于提供一種陣列氣體傳感器及其制備方法，以單種半導體金屬氧化物作為氣敏材料，制備不同厚度的氣敏膜，構建不同的氣體傳感器，并形成陣列。
[0005]為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0006]由N個氣體傳感器組成陣列，N為大于I的正整數；每個傳感器均采用同種半導體金屬氧化物納米材料為傳感膜，各個傳感器中傳感膜的厚度各不相同，進而對不同氣體響應不同，以實現氣體的區分檢測。
[0007]所述同種半導體金屬氧化物為Sn02、Zn0、In203、Cu0、Cd0、Fe203、Ti02、W03 或 N1 金屬氧化物中的一種。
[0008]所述納米材料為納米粒子、納米線、納米帶、納米管、納米孔微米片、納米孔微米管、納米孔微米線其中的一種或多種。
[0009]單個傳感器采用層-層組裝法制備，具體步驟如下:
[0010]I)取一定質量的半導體金屬氧化物納米材料均勻分散到有機溶劑中；
[0011]2)取一定體積步驟I)中所述的分散好的半導體金屬氧化物納米材料，滴在N個陶瓷管表面上，陶瓷管以一定轉速繞軸向自轉，使半導體金屬氧化物納米材料分散液均勻旋涂在其表面，直至有機溶劑完全揮發，構成一層半導體金屬氧化物膜；不同陶瓷管上滴加不同次數的半導體金屬氧化物納米材料，獲得多個具有不同層數的半導體金屬氧化物膜；
[0012]3)在步驟2)中所述的每個陶瓷管表面鑲上兩根導線，導線與半導體金屬氧化物膜接觸；在陶瓷管中放置一根加熱絲；兩根導線分別與測量電路連接，加熱絲與加熱電路連接，組成N個傳感器；傳感器在350°C下工作，電阻阻值在0.05?5000K Ω ；
[0013]4)將N個傳感器排布組成半導體金屬氧化物氣體傳感器陣列。
[0014]所述半導體金屬氧化物納米材料的質量為5?200mg，超聲分散在I?10mL的有機溶劑中形成懸濁液。
[0015]所述有機溶劑為乙醇、乙二醇、丙酮、甲苯、氯仿、正己烷、乙腈、丁酮中的一種或多種。
[0016]所述轉速為2-100rpm。
[0017]本發明具有如下優點:
[0018]1.本發明只采用一種金屬氧化物半導體氣敏材料構建傳感器陣列，可以不再受限于市場上有限種類的商品化半導體氣體傳感器；
[0019]2.由于半導體金屬氧化物氣體傳感器的響應受多方面因素影響，如金屬氧化物半導體氣敏材料層之間的電子導通情況差異，氣體在不同層之間擴散導致的擴散速率及濃度的下降，半導體金屬氧化物材料孔隙大小，半導體金屬氧化物接觸電阻等。因此，隨著層數的增加，半導體金屬氧化物氣體傳感器對氣體的響應并不是線性增加的，從而導致了每只傳感器對氣體響應的不同；
[0020]3.由于每只氣體傳感器對VOCs氣體的響應都不一樣，使得傳感器陣列對氣體的選擇性得以大大的提聞;
[0021]4.該傳感器及其制備方法簡單可靠，具有很好的實用性。
【附圖說明】
[0022]圖1 (a)為In2O3納米孔微米管傳感器陣列測量致毒濃度的多種有機揮發性氣體的指紋庫；
[0023]圖1 (b)為未知樣本在指紋庫中的歸類。
[0024]圖2 (a)為SnO2納米線傳感器陣列測量致毒濃度的多種有機揮發性氣體的指紋庫；
[0025]圖2 (b)為未知樣本在指紋庫中的歸類。
【具體實施方式】
[0026]由N個氣體傳感器組成陣列，N為大于I的正整數；每個傳感器均采用同種半導體金屬氧化物(Sn02、Zn0、In203、Cu0、Cd0、Fe203、Ti02、W03或N1金屬氧化物中的一種)納米材料(納米粒子、納米線、納米帶、納米管、納米孔微米片、納米孔微米管、納米孔微米線其中的一種或多種)為傳感膜，各個傳感器中傳感膜的厚度各不相同，對不同氣體響應不同，進而實現氣體的區分檢測。
[0027]單個傳感器采用層-層組裝法制備氣體傳感器，具體步驟如下:
[0028]I)將一種半導體金屬氧化物納米材料取5?200mg均勻分散到I?10mL的有機溶劑(乙醇、乙二醇、丙酮、甲苯、氯仿、正己烷、乙腈、丁酮中的一種或多種)中；
[0029]2)取一定體積步驟I)中所述的分散好的半導體金屬氧化物納米材料，滴在N個陶瓷管表面上，陶瓷管以2-lOOrpm轉速繞軸向自轉，使半導體金屬氧化物納米材料分散液均勻旋涂在其表面，直至有機溶劑完全揮發，構成一層半導體金屬氧化物膜；不同陶瓷管上滴加不同次數的半導體金屬氧化物納米材料，獲得多個具有不同層數的半導體金屬氧化物膜；
[0030]3)在步驟2)中所述的每個陶瓷管表面鑲上兩根導線，導線與半導體金屬氧化物膜接觸；在陶瓷管中放置一根加熱絲；兩根導線分別與測量電路連接，加熱絲與加熱電路連接，組成N個傳感器；傳感器在350°C下工作，電阻阻值在0.05?5000ΚΩ ；
[0031]4)將N個傳感器排布組成半導體金屬氧化物氣體傳感器陣列。
[0032]實施例1:
[0033]I)將In2O3金屬氧化物含納米孔的納米孔微米管1mg均勻分散到20mL的乙醇中；
[0034]2)取5 μ L分散好的In2O3金屬氧化物納米孔微米管材料，滴在I個陶瓷管表面上，陶瓷管以20rpm轉速繞軸向自轉，使In2O3金屬氧化物納米材料分散液均勻旋涂在其表面，直至有機溶劑完全揮發，構成一層半導體In2O3金屬氧化物膜；不同陶瓷管上滴加不同次數的5 μ L半導體In2O3金屬氧化物納米材料，獲得16個具有不同層數的半導體In2O3金屬氧化物膜；
[0035]3)在每個陶瓷管表面鑲上兩根導線，導線與半導體In2O3金屬氧化物膜接觸；在陶瓷管中放置一根加熱絲；兩根導線分別與測量電路連接，加熱絲與加熱電路連接，組成16個傳感器；傳感器在350°C加熱條件下，電阻阻值在0.05?5000ΚΩ ;將16個傳感器排布組成半導體氧化物氣體傳感器陣列。