一種基于氣體自檢功能的有機垃圾處理機的制作方法

一種基于氣體自檢功能的有機垃圾處理機的制作方法
【專利摘要】本申請涉及一種基于氣體自檢功能的有機垃圾處理機，包括有機垃圾處理機本體和安裝于有機垃圾處理機內部的監控CO2、NO2氣體濃度的SAW傳感器，所述SAW傳感器基于SAW器件，擁有五通道結構，其中通道三作為參考通道，通道一與通道二的敏感區域涂覆敏感薄膜材料一，進行CO2氣體的探測，通道四與通道五的敏感區域涂覆敏感薄膜材料二，進行NO2氣體的探測；對每種氣體均采用雙通道同時探測，大大增加了對氣體探測的穩定性，保證了傳感器讀取數據的可信度，并且重復性良好，高溫下測試穩定性佳。
【專利說明】
一種基于氣體自檢功能的有機垃圾處理機
技術領域
[0001]本申請涉及垃圾處理機領域，尤其涉及一種基于氣體自檢功能的有機垃圾處理機。
【背景技術】
[0002]垃圾處理機是一種專門破碎垃圾的工具，按照應用領域可以分為工業垃圾處理機和生活垃圾處理機，其主要目的是將需要處理的垃圾進行破碎、發酵等處理。
[0003]有機垃圾處理機是專門用來處理有機物垃圾，由于有機物處理過程會產生大量氣體，比C02、N02等，對其檢測顯得尤為重要。

【發明內容】

[0004]為克服相關技術中存在的問題，本申請提供一種基于氣體自檢功能的有機垃圾處理機，包括有機垃圾處理機本體和安裝于有機垃圾處理機內部的監控⑶2、N02氣體濃度的SAW傳感器，所述SAW傳感器擁有五通道結構，其中通道三作為參考通道，通道一與通道二的敏感區域涂覆敏感薄膜材料一，進行CO2氣體的探測，通道四與通道五的敏感區域涂覆敏感薄膜材料二，進行NO2氣體的探測;所述通道敏感薄膜材料一、二均為三層，所述敏感薄膜與SAW器件之間還磁控派射一層Ni膜，所述Ni膜厚度為240nm。
[0005]優選地，所述SAW傳感器的制備方法包括以下步驟:
[0006]步驟一，清洗SAW器件:將SAW器件依次放入丙酮、乙醇、去離子水中，分別超聲處理20min，去除SAW器件表面污染物，然后將器件放入烘箱中烘干，并測試其振蕩頻率；
[0007]步驟二，加固SAW器件:在SAW器件的表面上涂刷一層保護涂層，所述保護涂層主要由碳化硅、氧化錫、高硼硼酸鈣和氧化鋰以2:3:5:1的比例配制而成；
[0008]步驟三，制備敏感薄膜材料:
[0009](a)制備敏感薄膜材料一:取85mg的購買的聚醚酰亞胺材料加入燒杯中，加入20ml的超純水，攪拌均勻，然后加入30mg的聚噻吩，攪拌均勻，隨后再加入購買的27g Ni納米粉末，將燒杯放入超聲振蕩器中，水浴加熱70°C情況下，超聲振蕩4h，得到分散均勻的敏感薄膜材料一；
[0010](b)制備敏感薄膜材料二:取14mg分子純的聚苯胺溶解在50ml的三氯甲烷溶液中，然后取1mg多壁碳納米管加入溶液中，攪拌均勻后，加入9g鈦酸鋇納米粉末，超聲處理lh，即得分散均勻的敏感薄膜材料二 ；
[0011]((3)制備敏感薄膜材料三:將熒光指示劑此卬?7)3(:12和1?11((1??)3(:12按1:2的比例加入溶有PVC的40ml四氫呋喃溶液中，在密封遮光條件下，低溫攪拌lh，即得到敏感薄膜材料三；
[0012]步驟四，制備SAW傳感器:
[0013](a)將經步驟一清洗的SAW器件烘干后，利用磁控濺射結合模板法分別在通道一、通道二、通道四、通道五的敏感區域鍍一層金屬Ni膜，然后利用定量移液器取敏感薄膜材料三涂覆在通道一、通道二、通道四、通道五的敏感區域，以完全覆蓋Ni膜為準;利用相同的方式分別在通道一和通道二、通道四和通道五的敏感區域依次涂覆敏感薄膜材料一和敏感薄膜材料二；
[0014](b)將SAW器件放入真空干燥箱中95 °C下干燥20h;
[0015](c)循環(a)、(b)操作兩次，使通道一、通道二、通道四和通道五的敏感區域表面均形成三層Ni膜和六層敏感薄膜；
[0016](d)對SAW器件進行加蓋及接導線處理，其中，蓋子上對應每個通道的敏感區域正上方有預留的進氣孔，構成SAW傳感器。
[0017]本申請的實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果:
[0018]1.結構方面，采用五通道SAW器件，其中通道三作為參考通道，通道一與通道二的敏感區域涂覆敏感薄膜材料一，進行CO2氣體的探測，通道四與通道五的敏感區域涂覆敏感薄膜材料二，進行NO2氣體的探測；對每種氣體均采用雙通道同時探測，大大增加了對氣體探測的穩定性，保證了傳感器讀取數據的可信度；
[0019]2.敏感薄膜材料一由聚醚酰亞胺(PEI)材料、聚噻吩材料和Ni納米粉末材料組成，Ni納米粉末材料的納米尺度的粒徑保證了有機物PEI和聚噻吩的分散性，大大提高了敏感材料對CO2的靈敏度；
[0020]3.敏感薄膜材料二由聚苯胺材料、多壁碳納米管材料和鈦酸鋇材料組成，其中，聚苯胺大部分復合在碳納米管表面，由于碳納米管的中空結構和極大的比表面積，從物理結構方面大大增加了聚苯胺對NO2氣體的吸附能力；
[0021]4、本申請的敏感薄膜材料三由熒光指示劑Ru(bpy)3Cl:^PRu(dpp)3Cl2組成，進一步增強了發酵罐對CO2的感應能力。
[0022]本申請附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請的實踐了解到。應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本申請。
【附圖說明】
[0023]此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本發明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發明的原理。
[0024]圖1是本發明安裝于有機垃圾處理機中SAW傳感器結構示意圖。
[0025]圖2是圖1中的SAW傳感器的通道一或通道二區域中Ni膜和敏感薄膜材料涂覆順序的截面圖，其中，完整的順序應為循環三次。
[0026]圖3是圖1中的SAW傳感器的通道四或通道五區域中Ni膜和敏感薄膜材料涂覆順序的截面圖，其中，完整的順序應為循環三次。
[0027]圖4是根據實施例示出的制作傳感器五通道結構的方法流程圖。
[0028]其中:01_敏感薄膜材料一，02-敏感薄膜材料二，03-Ni膜，04-敏感薄膜材料三。
【具體實施方式】
[0029]這里將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本發明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本發明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。
[0030]下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本申請的不同結構。為了簡化本申請的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本申請。此外，本申請可以在不同例子中重復參考數字和/或字母。這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不只是所討論各種實施例和/或設置之間的關系。此夕卜，本申請提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的可應用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征值“上”的結構可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。
[0031]在本申請的描述中，需要說明的是，除非另有規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。
[0032]隨著社會生產生活的不斷進步，人類燃燒化石燃料越來越多，導致二氧化碳、二氧化氮等的排放已經超過環境所能承受的范圍，由于二氧化碳會產生溫室效應，二氧化氮是形成酸雨和光化學污染的主要因素之一，已經嚴重影響到人類的生產生活，因此有必要對二氧化碳、二氧化氮的排放進行監控。
[0033]二氧化碳，是一種空氣中常見的無機化合物，分子式為C02，氧原子與碳原子之間是共價鍵結合，形成非極性直線型結構，化學性質穩定，常溫下，二氧化碳氣體是無色無味的，可溶于水，并與水生成碳酸。由于二氧化碳具有保溫作用，其大量排放導致了地球氣溫的日益上升，有數據表明，近一個世紀以來，全球氣溫升高了0.6攝氏度，長此以往，其對海平面的上升及環境的影響將不斷增加。
[0034]二氧化氮是一種棕紅色、高度活性的氣態物質。二氧化氮在臭氧的形成過程中起著重要作用。人為產生的二氧化氮主要來自高溫燃燒過程的釋放，比如機動車尾氣、鍋爐廢氣的排放等。二氧化氮還是酸雨的成因之一，所帶來的環境效應多種多樣，比如對濕地和陸生植物物種之間競爭與組成變化的影響，大氣能見度的降低，地表水的酸化，富營養化以及增加水體中有害于魚類和其它水生生物的毒素含量。
[0035]氣體傳感器，是一種可以感受外界氣體濃度、種類等的變化，并將這種變化轉變為可測量的信號(比如電壓、電流等信號)，從而實現對目標氣體的檢測的器件。一般氣體傳感器包括氣敏材料、信號調節電路、敏感基片及輔助電源等部分。按照敏感原理對氣體傳感器分類，可分為半導體式氣體傳感器、電化學氣體傳感器、紅外線氣體傳感器、高分子式氣體傳感器等。
[0036]其中，敏感薄膜氣傳感器是現在研究的重點，通常情況下，利用滴涂、旋涂、蒸發鍍膜等方法，將敏感薄膜制備在石英晶體微天平(QCM)、聲表面波(SAW)等器件上，由于氣體吸附在敏感薄膜上，造成敏感薄膜的性質變化，進而引起傳感器的輸出電信號產生變化，從而得以檢測目標氣體的類型和種類。
[0037]SAW傳感器的原理是傳感器由于壓電效應會發出聲波信號，該信號由于處于被檢測氣體中，其頻率、聲波、振幅等會發生變化，從而達到檢測氣體的目的。聲表面波的激發和檢測是通過叉指換能器來實現的，叉指換能器(IDT)是在壓電基片表面上形成形狀像兩只手的手指交叉狀的金屬圖案，它的作用是實現聲-電換能。
[0038]針對生產生活中對于二氧化碳、二氧化氮氣體檢測的重要性，以及現有傳感器的不足(比如敏感度較低、響應時間長、針對性不高)，本方案基于SAW器件，制備了五通道⑶2和N02氣體傳感器。
[0039]SAW器件的制作工藝較成熟，本方案采用的是中心頻率為525MHz的五通道結構SAW延遲線型器件，基底選擇的是石英材料，叉指換能器的電極為Cr金屬。每個通道由一對叉指換能器組成，分別作為輸入和輸出換能器，輸入換能器中輸入的電信號產生交變電場，由于壓電效應在基底內激發彈性振動，產生聲表面波，輸出換能器接收聲表面波信號并轉換為電信號，對電信號進行檢測。
[0040]通道一、通道二用來作為CO2氣體的測量通道，通道三用來作為參考通道，通道四、通道五用來作為NO2氣體的測量通道。當氣體環境發生變化，那么參考通道與其它通道的頻率漂移是一樣的，通過振蕩器之間的差頻可以消除環境變化引起的干擾。
[0041 ] 實施例1
[0042]本申請提供一種基于氣體自檢功能的有機垃圾處理機，包括有機垃圾處理機本體和安裝于有機垃圾處理機內部的監控C02、N02氣體濃度的SAW傳感器;如圖1所示SAW傳感器結構示意圖，所述SAW傳感器擁有五通道結構，其中通道三作為參考通道，通道一與通道二的敏感區域涂覆敏感薄膜材料一 (01)，進行CO2氣體的探測;通道四與通道五的敏感區域涂覆敏感薄膜材料二 (02)，進行NO2氣體的探測;所述通道敏感薄膜材料一、二均為三層，所述敏感薄膜與SAW器件之間還磁控濺射一層Ni膜(03)，所述Ni膜厚度為240nm;圖2示出了圖1中的SAW傳感器的通道一或通道二區域中Ni膜和敏感薄膜材料涂覆順序的截面圖，其中，完整的順序應為循環三次，圖3是圖1中的SAW傳感器的通道四或通道五區域中Ni膜和敏感薄膜材料涂覆順序的截面圖，其中，完整的順序應為循環三次。
[0043]圖4是根據一示例性實施例示出的SAW傳感器的制備方法，包括以下步驟:
[0044]步驟一，清洗SAW器件:將SAW器件依次放入丙酮、乙醇、去離子水中，分別超聲處理20min，去除SAW器件表面污染物，然后將器件放入烘箱中烘干，并測試其振蕩頻率；
[0045]步驟二，加固SAW器件:在SAW器件的表面上涂刷一層保護涂層，所述保護涂層主要由碳化硅、氧化錫、高硼硼酸鈣和氧化鋰以2:3:5:1的比例配制而成；
[0046]步驟三，制備敏感薄膜材料:
[0047](a)制備敏感薄膜材料一(01):取85mg的購買的聚醚酰亞胺材料加入燒杯中，加入20ml的超純水，攪拌均勻，然后加入30mg的聚噻吩，攪拌均勻，隨后再加入購買的27g Ni納米粉末，將燒杯放入超聲振蕩器中，水浴加熱70°C情況下，超聲振蕩4h，得到分散均勻的敏感薄膜材料一；
[0048](b)制備敏感薄膜材料二 (02):取14mg分子純的聚苯胺溶解在50ml的三氯甲烷溶液中，然后取1mg多壁碳納米管加入溶液中，攪拌均勻后，加入9g鈦酸鋇納米粉末，超聲處理I h，即得分散均勻的敏感薄膜材料二 ；
[0049](c)制備敏感薄膜材料三(04):將熒光指示劑Ru(bpy)3Cl:^Ru(dpp)3Cl2按1:2的比例加入溶有PVC的40ml四氫呋喃溶液中，在密封遮光條件下，低溫攪拌lh，即得到敏感薄膜材料三；[0050 ] 步驟四，制備SAW傳感器:
[0051] (a)將經步驟一清洗的SAW器件烘干后，利用磁控濺射結合模板法分別在通道一、通道二、通道四、通道五的敏感區域鍍一層金屬Ni膜，然后利用定量移液器取敏感薄膜材料三涂覆在通道一、通道二、通道四、通道五的敏感區域，以完全覆蓋Ni膜為準;利用相同的方式分別在通道一和通道二、通道四和通道五的敏感區域依次涂覆敏感薄膜材料一和敏感薄膜材料二；
[0052 ] (b)將SAW器件放入真空干燥箱中95 °C下干燥20h;
[0053](c)循環(a)、(b)操作兩次，使通道一、通道二、通道四和通道五的敏感區域表面均形成三層Ni膜和六層敏感薄膜；
[0054](d)對SAW器件進行加蓋及接導線處理，其中，蓋子上對應每個通道的敏感區域正上方有預留的進氣孔，構成SAW傳感器。
[0055]優選地，SAW氣體傳感器的測試系統由測試腔和測試電路、動態配氣裝置和頻率計數器組成。動態配氣裝置用來混合不同濃度的待測氣體并控制氣體的流量;測試電路用來在SAW器件上施加交變電壓;頻率計數器用來實時記錄在目標氣體中傳感器的頻率變化。其中，定義靈敏度為傳感器頻率的變化量與初始頻率的比值；響應時間為傳感器與氣體接觸開始到傳感器頻率變化量為峰值變化量的90%所用的時間;恢復時間為傳感器與氣體接觸停止開始到傳感器頻率恢復值得90 %所用的時間。
[0056]首先，將制作好的聲表面波氣體傳感器放入密封測試腔中，打開配氣系統，向測試腔中通入犯，排出空氣，等到傳感器的頻率穩定之后。開始向測試腔中通入C02，待傳感器頻率穩定后，關閉CO2，然后再次通入N2,待傳感器頻率再次穩定。采用該方法，依次測試500ppm、2500ppm的⑶2的響應結果，通過通道一和通道二得到頻率變化量分別為2.6KHz、4.7KHz，響應時間和恢復時間分別為6min和3min，并且通道一和通道二對每次讀數的差值小于4% ；
[0057]然后，利用相同的測試步驟，將CO2氣體改為NO2氣體，依次測試50ppm、250ppm的NO2的響應結果，通過通道四和通道五得到頻率變化量分別為3.1KHz,5.5KHz，響應時間和恢復時間分別為5min和12min，并且通道四和通道五對每次讀數的差值小于7%。通過測試結果可以看出，該五通道SAW結構傳感器對C02、N02氣體的靈敏度較好，并且對每種氣體均采用雙通道測試，得到的數據可信度大大提高。在工作溫度為80°C下，測試結果的波動值在±5%，表現較好的高溫穩定性能。
[0058]關于上述實施例中的裝置，其中各個模塊執行操作的具體方式已經在有關該方法的實施例中進行了詳細描述，此處將不做詳細闡述說明。
[0059]實施例2
[0060]本申請提供一種基于氣體自檢功能的有機垃圾處理機，包括有機垃圾處理機本體和安裝于有機垃圾處理機內部的監控C02、N02氣體濃度的SAW傳感器;如圖1所示SAW傳感器結構示意圖，所述SAW傳感器擁有五通道結構，其中通道三作為參考通道，通道一與通道二的敏感區域涂覆敏感薄膜材料一 (01)，進行CO2氣體的探測;通道四與通道五的敏感區域涂覆敏感薄膜材料二 (02)，進行NO2氣體的探測;所述通道敏感薄膜材料一、二均為三層，所述敏感薄膜與SAW器件之間還磁控濺射一層Ni膜(03)，所述Ni膜厚度為260nm;圖2示出了圖1中的SAW傳感器的通道一或通道二區域中Ni膜和敏感薄膜材料涂覆順序的截面圖，其中，完整的順序應為循環三次，圖3是圖1中的SAW傳感器的通道四或通道五區域中Ni膜和敏感薄膜材料涂覆順序的截面圖，其中，完整的順序應為循環三次。
[0061]圖4是根據一示例性實施例示出的SAW傳感器的制備方法，包括以下步驟:
[0062]步驟一，清洗SAW器件:將SAW器件依次放入丙酮、乙醇、去離子水中，分別超聲處理20min，去除SAW器件表面污染物，然后將器件放入烘箱中烘干，并測試其振蕩頻率；
[0063]步驟二，加固SAW器件:在SAW器件的表面上涂刷一層保護涂層，所述保護涂層主要由碳化硅、氧化錫、高硼硼酸鈣和氧化鋰以1:3:5:1的比例配制而成；
[0064]步驟三，制備敏感薄膜材料:
[0065](a)制備敏感薄膜材料一(01):取85mg的購買的聚醚酰亞胺材料加入燒杯中，加入20ml的超純水，攪拌均勻，然后加入30mg的聚噻吩，攪拌均勻，隨后再加入購買的27g Ni納米粉末，將燒杯放入超聲振蕩器中，水浴加熱70°C情況下，超聲振蕩4h，得到分散均勻的敏感薄膜材料一；
[0066](b)制備敏感薄膜材料二 (02):取34mg分子純的聚苯胺溶解在50ml的三氯甲烷溶液中，然后取1mg多壁碳納米管加入溶液中，攪拌均勻后，加入9g鈦酸鋇納米粉末，超聲處理I h，即得分散均勻的敏感薄膜材料二 ；
[0067](c)制備敏感薄膜材料三(04):將熒光指示劑Ru(bpy)3Cl:^Ru(dpp)3Cl2按1:2的比例加入溶有PVC的40ml四氫呋喃溶液中，在密封遮光條件下，低溫攪拌lh，即得到敏感薄膜材料三；
[0068]步驟四，制備SAW傳感器:
[0069](a)將經步驟一清洗的SAW器件烘干后，利用磁控濺射結合模板法分別在通道一、通道二、通道四、通道五的敏感區域鍍一層金屬Ni膜，然后利用定量移液器取敏感薄膜材料三涂覆在通道一、通道二、通道四、通道五的敏感區域，以完全覆蓋Ni膜為準;利用相同的方式分別在通道一和通道二、通道四和通道五的敏感區域依次涂覆敏感薄膜材料一和敏感薄膜材料二；
[0070](b)將SAW器件放入真空干燥箱中95 °C下干燥20h;
[0071](c)循環(a)、(b)操作兩次，使通道一、通道二、通道四和通道五的敏感區域表面均形成三層Ni膜和六層敏感薄膜；
[0072](d)對SAW器件進行加蓋及接導線處理，其中，蓋子上對應每個通道的敏感區域正上方有預留的進氣孔，構成SAW傳感器。
[0073]優選地，SAW氣體傳感器的測試系統由測試腔和測試電路、動態配氣裝置和頻率計數器組成。動態配氣裝置用來混合不同濃度的待測氣體并控制氣體的流量;測試電路用來在SAW器件上施加交變電壓;頻率計數器用來實時記錄在目標氣體中傳感器的頻率變化。其中，定義靈敏度為傳感器頻率的變化量與初始頻率的比值；響應時間為傳感器與氣體接觸開始到傳感器頻率變化量為峰值變化量的90%所用的時間;恢復時間為傳感器與氣體接觸停止開始到傳感器頻率恢復值得90 %所用的時間。
[0074]首先，將制作好的聲表面波氣體傳感器放入密封測試腔中，打開配氣系統，向測試腔中通入犯，排出空氣，等到傳感器的頻率穩定之后。開始向測試腔中通入C02，待傳感器頻率穩定后，關閉CO2，然后再次通入N2,待傳感器頻率再次穩定。采用該方法，依次測試500ppm、2500ppm的⑶2的響應結果，通過通道一和通道二得到頻率變化量分別為2.6KHz、4.7KHz，響應時間和恢復時間分別為8min和4min，并且通道一和通道二對每次讀數的差值小于4% ；
[0075]然后，利用相同的測試步驟，將CO2氣體改為NO2氣體，依次測試50ppm、250ppm的NO2的響應結果，通過通道四和通道五得到頻率變化量分別為3.1KHz,5.5KHz，響應時間和恢復時間分別為15min和23min，并且通道四和通道五對每次讀數的差值小于7%。通過測試結果可以看出，該五通道SAW結構傳感器對C02、N02氣體的靈敏度較好，并且對每種氣體均采用雙通道測試，得到的數據可信度大大提高。在工作溫度為80°C下，測試結果的波動值在±7%，表現較好的高溫穩定性能。
[0076]實施例3
[0077]本申請提供一種基于氣體自檢功能的有機垃圾處理機，包括有機垃圾處理機本體和安裝于有機垃圾處理機內部的監控C02、N02氣體濃度的SAW傳感器;如圖1所示SAW傳感器結構示意圖，所述SAW傳感器擁有五通道結構，其中通道三作為參考通道，通道一與通道二的敏感區域涂覆敏感薄膜材料一 (01)，進行CO2氣體的探測;通道四與通道五的敏感區域涂覆敏感薄膜材料二 (02)，進行NO2氣體的探測;所述通道敏感薄膜材料一、二均為三層，所述敏感薄膜與SAW器件之間還磁控濺射一層Ni膜(03)，所述Ni膜厚度為270nm;圖2示出了圖1中的SAW傳感器的通道一或通道二區域中Ni膜和敏感薄膜材料涂覆順序的截面圖，其中，完整的順序應為循環三次，圖3是圖1中的SAW傳感器的通道四或通道五區域中Ni膜和敏感薄膜材料涂覆順序的截面圖，其中，完整的順序應為循環三次。
[0078]圖4是根據一示例性實施例示出的SAW傳感器的制備方法，包括以下步驟:
[0079]步驟一，清洗SAW器件:將SAW器件依次放入丙酮、乙醇、去離子水中，分別超聲處理20min，去除SAW器件表面污染物，然后將器件放入烘箱中烘干，并測試其振蕩頻率；
[0080]步驟二，加固SAW器件:在SAW器件的表面上涂刷一層保護涂層，所述保護涂層主要由碳化硅、氧化錫、高硼硼酸鈣和氧化鋰以2:3:5:9的比例配制而成；
[0081 ]步驟三，制備敏感薄膜材料:
[0082](a)制備敏感薄膜材料一(01):取85mg的購買的聚醚酰亞胺材料加入燒杯中，加入20ml的超純水，攪拌均勻，然后加入30mg的聚噻吩，攪拌均勻，隨后再加入購買的27g Ni納米粉末，將燒杯放入超聲振蕩器中，水浴加熱70°C情況下，超聲振蕩4h，得到分散均勻的敏感薄膜材料一；
[0083](b)制備敏感薄膜材料二 (02):取13mg分子純的聚苯胺溶解在50ml的三氯甲烷溶液中，然后取1mg多壁碳納米管加入溶液中，攪拌均勻后，加入9g鈦酸鋇納米粉末，超聲處理I h，即得分散均勻的敏感薄膜材料二 ；
[0084](c)制備敏感薄膜材料三(04):將熒光指示劑Ru(bpy)3Cl:^Ru(dpp)3Cl2按1:2的比例加入溶有PVC的40ml四氫呋喃溶液中，在密封遮光條件下，低溫攪拌lh，即得到敏感薄膜材料三；
[0085 ] 步驟四，制備SAW傳感器:
[0086](a)將經步驟一清洗的SAW器件烘干后，利用磁控濺射結合模板法分別在通道一、通道二、通道四、通道五的敏感區域鍍一層金屬Ni膜，然后利用定量移液器取敏感薄膜材料三涂覆在通道一、通道二、通道四、通道五的敏感區域，以完全覆蓋Ni膜為準;利用相同的方式分別在通道一和通道二、通道四和通道五的敏感區域依次涂覆敏感薄膜材料一和敏感薄膜材料二；
[0087](b)將SAW器件放入真空干燥箱中95 °C下干燥20h;
[0088](c)循環(a)、(b)操作兩次，使通道一、通道二、通道四和通道五的敏感區域表面均形成三層Ni膜和六層敏感薄膜；
[0089](d)對SAW器件進行加蓋及接導線處理，其中，蓋子上對應每個通道的敏感區域正上方有預留的進氣孔，構成SAW傳感器。
[0090]優選地，SAW氣體傳感器的測試系統由測試腔和測試電路、動態配氣裝置和頻率計數器組成。動態配氣裝置用來混合不同濃度的待測氣體并控制氣體的流量;測試電路用來在SAW器件上施加交變電壓;頻率計數器用來實時記錄在目標氣體中傳感器的頻率變化。其中，定義靈敏度為傳感器頻率的變化量與初始頻率的比值；響應時間為傳感器與氣體接觸開始到傳感器頻率變化量為峰值變化量的90%所用的時間;恢復時間為傳感器與氣體接觸停止開始到傳感器頻率恢復值得90 %所用的時間。
[0091]首先，將制作好的聲表面波氣體傳感器放入密封測試腔中，打開配氣系統，向測試腔中通入犯，排出空氣，等到傳感器的頻率穩定之后。開始向測試腔中通入C02，待傳感器頻率穩定后，關閉CO2，然后再次通入N2,待傳感器頻率再次穩定。采用該方法，依次測試500ppm、2500ppm的⑶2的響應結果，通過通道一和通道二得到頻率變化量分別為2.6KHz、4.7KHz，響應時間和恢復時間分別為6min和13min，并且通道一和通道二對每次讀數的差值小于7% ；
[0092]然后，利用相同的測試步驟，將CO2氣體改為NO2氣體，依次測試50ppm、250ppm的NO2的響應結果，通過通道四和通道五得到頻率變化量分別為3.1KHz,5.5KHz，響應時間和恢復時間分別為15min和21min，并且通道四和通道五對每次讀數的差值小于7%。通過測試結果可以看出，該五通道SAW結構傳感器對C02、N02氣體的靈敏度較好，并且對每種氣體均采用雙通道測試，得到的數據可信度大大提高。在工作溫度為80°C下，測試結果的波動值在±5%，表現較好的高溫穩定性能。
[0093]實施例4
[0094]本申請提供一種基于氣體自檢功能的有機垃圾處理機，包括有機垃圾處理機本體和安裝于有機垃圾處理機內部的監控C02、N02氣體濃度的SAW傳感器;如圖1所示SAW傳感器結構示意圖，所述SAW傳感器擁有五通道結構，其中通道三作為參考通道，通道一與通道二的敏感區域涂覆敏感薄膜材料一 (01)，進行CO2氣體的探測;通道四與通道五的敏感區域涂覆敏感薄膜材料二 (02)，進行NO2氣體的探測;所述通道敏感薄膜材料一、二均為三層，所述敏感薄膜與SAW器件之間還磁控濺射一層Ni膜(03)，所述Ni膜厚度為270nm;圖2示出了圖1中的SAW傳感器的通道一或通道二區域中Ni膜和敏感薄膜材料涂覆順序的截面圖，其中，完整的順序應為循環三次，圖3是圖1中的SAW傳感器的通道四或通道五區域中Ni膜和敏感薄膜材料涂覆順序的截面圖，其中，完整的順序應為循環三次。
[0095]圖4是根據一示例性實施例示出的SAW傳感器的制備方法，包括以下步驟:
[0096]步驟一，清洗SAW器件:將SAW器件依次放入丙酮、乙醇、去離子水中，分別超聲處理20min，去除SAW器件表面污染物，然后將器件放入烘箱中烘干，并測試其振蕩頻率；
[0097]步驟二，加固SAW器件:在SAW器件的表面上涂刷一層保護涂層，所述保護涂層主要由碳化硅、氧化錫、高硼硼酸鈣和氧化鋰以2:3:5:1的比例配制而成；
[0098]步驟三，制備敏感薄膜材料:
[0099](a)制備敏感薄膜材料一(01):取85mg的購買的聚醚酰亞胺材料加入燒杯中，加入20ml的超純水，攪拌均勻，然后加入30mg的聚噻吩，攪拌均勻，隨后再加入購買的27g Ni納米粉末，將燒杯放入超聲振蕩器中，水浴加熱70°C情況下，超聲振蕩4h，得到分散均勻的敏感薄膜材料一；
[0100](b)制備敏感薄膜材料二 (02):取14mg分子純的聚苯胺溶解在50ml的三氯甲烷溶液中，然后取30mg多壁碳納米管加入溶液中，攪拌均勻后，加入9g鈦酸鋇納米粉末，超聲處理I h，即得分散均勻的敏感薄膜材料二 ；
[0101]((3)制備敏感薄膜材料三(04):將熒光指示劑此卬?7)3(:12和1?11((^)3(:12按5:2的比例加入溶有PVC的40ml四氫呋喃溶液中，在密封遮光條件下，低溫攪拌lh，即得到敏感薄膜材料三；
[0102]步驟四，制備SAW傳感器:
[0103](a)將經步驟一清洗的SAW器件烘干后，利用磁控濺射結合模板法分別在通道一、通道二、通道四、通道五的敏感區域鍍一層金屬Ni膜，然后利用定量移液器取敏感薄膜材料三涂覆在通道一、通道二、通道四、通道五的敏感區域，以完全覆蓋Ni膜為準;利用相同的方式分別在通道一和通道二、通道四和通道五的敏感區域依次涂覆敏感薄膜材料一和敏感薄膜材料二；
[0104](b)將SAW器件放入真空干燥箱中95 °C下干燥20h;
[0105](c)循環(a)、(b)操作兩次，使通道一、通道二、通道四和通道五的敏感區域表面均形成三層Ni膜和六層敏感薄膜；
[0106](d)對SAW器件進行加蓋及接導線處理，其中，蓋子上對應每個通道的敏感區域正上方有預留的進氣孔，構成SAW傳感器。
[0107]優選地，SAW氣體傳感器的測試系統由測試腔和測試電路、動態配氣裝置和頻率計數器組成。動態配氣裝置用來混合不同濃度的待測氣體并控制氣體的流量;測試電路用來在SAW器件上施加交變電壓;頻率計數器用來實時記錄在目標氣體中傳感器的頻率變化。其中，定義靈敏度為傳感器頻率的變化量與初始頻率的比值；響應時間為傳感器與氣體接觸開始到傳感器頻率變化量為峰值變化量的90%所用的時間;恢復時間為傳感器與氣體接觸停止開始到傳感器頻率恢復值得90 %所用的時間。
[0108]首先，將制作好的聲表面波氣體傳感器放入密封測試腔中，打開配氣系統，向測試腔中通入犯，排出空氣，等到傳感器的頻率穩定之后。開始向測試腔中通入C02，待傳感器頻率穩定后，關閉CO2，然后再次通入N2,待傳感器頻率再次穩定。采用該方法，依次測試500ppm、2500ppm的⑶2的響應結果，通過通道一和通道二得到頻率變化量分別為2.6KHz、4.7KHz，響應時間和恢復時間分別為6min和3min，并且通道一和通道二對每次讀數的差值小于7% ；
[0109]然后，利用相同的測試步驟，將CO2氣體改為NO2氣體，依次測試50ppm、250ppm的NO2的響應結果，通過通道四和通道五得到頻率變化量分別為3.1KHz,5.5KHz，響應時間和恢復時間分別為5min和2min，并且通道四和通道五對每次讀數的差值小于7%。通過測試結果可以看出，該五通道SAW結構傳感器對CO2、N02氣體的靈敏度較好，并且對每種氣體均采用雙通道測試，得到的數據可信度大大提高。在工作溫度為80°C下，測試結果的波動值在±9%，表現較好的高溫穩定性能。
[0110]實施例5
[0111]本申請提供一種基于氣體自檢功能的有機垃圾處理機，包括有機垃圾處理機本體和安裝于有機垃圾處理機內部的監控C02、N02氣體濃度的SAW傳感器;如圖1所示SAW傳感器結構示意圖，所述SAW傳感器擁有五通道結構，其中通道三作為參考通道，通道一與通道二的敏感區域涂覆敏感薄膜材料一 (01)，進行CO2氣體的探測;通道四與通道五的敏感區域涂覆敏感薄膜材料二 (02)，進行NO2氣體的探測;所述通道敏感薄膜材料一、二均為三層，所述敏感薄膜與SAW器件之間還磁控濺射一層Ni膜(03)，所述Ni膜厚度為280nm;圖2示出了圖1中的SAW傳感器的通道一或通道二區域中Ni膜和敏感薄膜材料涂覆順序的截面圖，其中，完整的順序應為循環三次，圖3是圖1中的SAW傳感器的通道四或通道五區域中Ni膜和敏感薄膜材料涂覆順序的截面圖，其中，完整的順序應為循環三次。
[0112]圖4是根據一示例性實施例示出的SAW傳感器的制備方法，包括以下步驟:
[0113]步驟一，清洗SAW器件:將SAW器件依次放入丙酮、乙醇、去離子水中，分別超聲處理20min，去除SAW器件表面污染物，然后將器件放入烘箱中烘干，并測試其振蕩頻率；
[0114]步驟二，加固SAW器件:在SAW器件的表面上涂刷一層保護涂層，所述保護涂層主要由碳化硅、氧化錫、高硼硼酸鈣和氧化鋰以2:3:5:8的比例配制而成；
[0115]步驟三，制備敏感薄膜材料:
[0116](a)制備敏感薄膜材料一(01):取85mg的購買的聚醚酰亞胺材料加入燒杯中，加入20ml的超純水，攪拌均勻，然后加入30mg的聚噻吩，攪拌均勻，隨后再加入購買的27g Ni納米粉末，將燒杯放入超聲振蕩器中，水浴加熱70°C情況下，超聲振蕩4h，得到分散均勻的敏感薄膜材料一；
[0117](b)制備敏感薄膜材料二 (02):取14mg分子純的聚苯胺溶解在50ml的三氯甲烷溶液中，然后取1mg多壁碳納米管加入溶液中，攪拌均勻后，加入9g鈦酸鋇納米粉末，超聲處理I h，即得分散均勻的敏感薄膜材料二 ；
[0118](c)制備敏感薄膜材料三(04):將熒光指示劑Ru(bpy)3Cl:^Ru(dpp)3Cl2按1:2的比例加入溶有PVC的40ml四氫呋喃溶液中，在密封遮光條件下，低溫攪拌lh，即得到敏感薄膜材料三；
[0119]步驟四，制備SAW傳感器:
[0120](a)將經步驟一清洗的SAW器件烘干后，利用磁控濺射結合模板法分別在通道一、通道二、通道四、通道五的敏感區域鍍一層金屬Ni膜，然后利用定量移液器取敏感薄膜材料三涂覆在通道一、通道二、通道四、通道五的敏感區域，以完全覆蓋Ni膜為準;利用相同的方式分別在通道一和通道二、通道四和通道五的敏感區域依次涂覆敏感薄膜材料一和敏感薄膜材料二；
[0121](b)將SAW器件放入真空干燥箱中95 °C下干燥20h;
[0122](c)循環(a)、(b)操作兩次，使通道一、通道二、通道四和通道五的敏感區域表面均形成三層Ni膜和六層敏感薄膜；
[0123](d)對SAW器件進行加蓋及接導線處理，其中，蓋子上對應每個通道的敏感區域正上方有預留的進氣孔，構成SAW傳感器。
[0124]優選地，SAW氣體傳感器的測試系統由測試腔和測試電路、動態配氣裝置和頻率計數器組成。動態配氣裝置用來混合不同濃度的待測氣體并控制氣體的流量;測試電路用來在SAW器件上施加交變電壓;頻率計數器用來實時記錄在目標氣體中傳感器的頻率變化。其中，定義靈敏度為傳感器頻率的變化量與初始頻率的比值；響應時間為傳感器與氣體接觸開始到傳感器頻率變化量為峰值變化量的90%所用的時間;恢復時間為傳感器與氣體接觸停止開始到傳感器頻率恢復值得90 %所用的時間。
[0125]首先，將制作好的聲表面波氣體傳感器放入密封測試腔中，打開配氣系統，向測試腔中通入犯，排出空氣，等到傳感器的頻率穩定之后。開始向測試腔中通入C02，待傳感器頻率穩定后，關閉CO2，然后再次通入N2,待傳感器頻率再次穩定。采用該方法，依次測試500ppm、2500ppm的⑶2的響應結果，通過通道一和通道二得到頻率變化量分別為2.6KHz、4.7KHz，響應時間和恢復時間分別為6min和3min，并且通道一和通道二對每次讀數的差值小于7% ；
[0126]然后，利用相同的測試步驟，將CO2氣體改為NO2氣體，依次測試50ppm、250ppm的NO2的響應結果，通過通道四和通道五得到頻率變化量分別為3.1KHz,5.5KHz，響應時間和恢復時間分別為5min和17min，并且通道四和通道五對每次讀數的差值小于17%。通過測試結果可以看出，該五通道SAW結構傳感器對C02、N02氣體的靈敏度較好，并且對每種氣體均采用雙通道測試，得到的數據可信度大大提高。在工作溫度為80°C下，測試結果的波動值在±13%，表現較好的高溫穩定性能。
[0127]本領域技術人員在考慮說明書及實踐這里公開的發明后，將容易想到本發明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發明的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本發明的一般性原理并包括本申請未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發明的真正范圍和精神由下面的權利要求指出。
[0128]應當理解的是，本發明并不局限于上面已經描述并在附圖中示出的精確結構，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本發明的范圍僅由所附的權利要求來限制。
【主權項】
1.一種基于氣體自檢功能的有機垃圾處理機，包括有機垃圾處理機本體和安裝于有機垃圾處理機內部的監控C02、N02氣體濃度的SAW傳感器，所述SAW傳感器擁有五通道結構，其中通道三作為參考通道，通道一與通道二的敏感區域涂覆敏感薄膜材料一，進行CO2氣體的探測，通道四與通道五的敏感區域涂覆敏感薄膜材料二，進行NO2氣體的探測;所述通道敏感薄膜材料一、二均為三層，所述敏感薄膜與SAW器件之間還磁控濺射一層Ni膜，所述Ni膜厚度為240nmo2.根據權利要求1所述的一種基于氣體自檢功能的有機垃圾處理機，其特征在于:所述SAW傳感器的制備方法包括以下步驟: 步驟一，清洗SAW器件:將SAW器件依次放入丙酮、乙醇、去離子水中，分別超聲處理20min，去除SAW器件表面污染物，然后將器件放入烘箱中烘干，并測試其振蕩頻率； 步驟二，加固SAW器件:在SAW器件的表面上涂刷一層保護涂層，所述保護涂層主要由碳化硅、氧化錫、高硼硼酸鈣和氧化鋰以2:3:5:1的比例配制而成； 步驟三，制備敏感薄膜材料: (a)制備敏感薄膜材料一:取85mg的購買的聚醚酰亞胺材料加入燒杯中，加入20ml的超純水，攪拌均勻，然后加入30mg的聚噻吩，攪拌均勻，隨后再加入購買的27g Ni納米粉末，將燒杯放入超聲振蕩器中，水浴加熱70°C情況下，超聲振蕩4h，得到分散均勻的敏感薄膜材料 ， (b)制備敏感薄膜材料二:取14mg分子純的聚苯胺溶解在50ml的三氯甲烷溶液中，然后取1mg多壁碳納米管加入溶液中，攪拌均勻后，加入9g鈦酸鋇納米粉末，超聲處理lh，即得分散均勻的敏感薄膜材料二 ； (c)制備敏感薄膜材料三:將熒光指示劑Ru(bpy)3Cl2和Ru(dpp)3Cl2按1:2的比例加入溶有PVC的40ml四氫呋喃溶液中，在密封遮光條件下，低溫攪拌Ih，即得到敏感薄膜材料三； 步驟四，制備SAW傳感器: (a)將經步驟一清洗的SAW器件烘干后，利用磁控濺射結合模板法分別在通道一、通道二、通道四、通道五的敏感區域鍍一層金屬Ni膜，然后利用定量移液器取敏感薄膜材料三涂覆在通道一、通道二、通道四、通道五的敏感區域，以完全覆蓋Ni膜為準;利用相同的方式分別在通道一和通道二、通道四和通道五的敏感區域依次涂覆敏感薄膜材料一和敏感薄膜材料二； (b)將SAW器件放入真空干燥箱中950C下干燥20h; (c)循環(a)、(b)操作兩次，使通道一、通道二、通道四和通道五的敏感區域表面均形成三層Ni膜和六層敏感薄膜； (d)對SAW器件進行加蓋及接導線處理，其中，蓋子上對應每個通道的敏感區域正上方有預留的進氣孔，構成SAW傳感器。
【文檔編號】G01N29/02GK105823824SQ201610409578
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】肖小玉
【申請人】肖小玉