气体传感器制备方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种制备气体传感器的方法，包括：通过热蒸发工艺在金属线衬底上生长纳米阵列；对生长出的试管刷状纳米阵列结构进行敏化处理；以及腐蚀该试管刷状纳米阵列结构的两端以露出该金属线衬底作为该气体传感器的电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气体传感器领域，尤其涉及一种制备气体传感器的方法及装置。
技术介绍
气体传感器是现代航空发动机系统必不可少的关键设备。一方面它为FADEC系统提供各种状态信号，确保其能够准确控制发动机的运行状态；另一方面为驾驶员提供告警提示，提醒飞行员采取应急措施，降低故障的影响。气体传感器的性能在某种程度上决定了发动机的安全。随着民机行业的快速发展，发动机对传感器的要求也越来越高，不仅要求传感器响应速度快性、稳定性好，同时要求传感器朝着微型化、多功能化、智能化方向发展。纳米材料由于其独特的尺寸效应使得其具备宏观材料所没有的功能特性。二维气敏材料薄膜气体传感器由于工艺相对简单，而被广泛使用。但由于二维薄膜结构的比表面积较小，对气体的吸附能力、响应速度不如一维纳米结构(参见文献：SensorsandActuatorsB126(2007)604–608；J.Phys.Chem.C2013,117,17850-17858；J.Phys.Chem.C2011,115,7218–7224等)。同时二维薄膜器件从体积上以及与基底的粘附性上都不如一维的纳米器件(如中国专利：CN103033537A)。一维纳米结构，常见如ZnO纳米结构因耦合了ZnO优良的光学、电学、力学性能和高表面比的结构优势，被认为是组成新一代气体传感器件的重要材料之一。然而一维纳米器件的制作过程繁琐，要经过纳米线转移-定位-甩胶-烘烤-曝光-显影-定影过程，其中每个过程出错都会导致失败。同时在器件制备过程中需要依靠精密的半导体加工设备，例如高精密的纳米线转移设备、电子束曝光设备、电子蒸镀设备等(如中国专利：CN101793855A、CN102636544A等)，由于制作工艺复杂、设备价格高昂限制了它在工程上的应用。因此，本领域需要一种低成本制备高效气体传感器的技术。
技术实现思路
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。根据本专利技术的一方面，提供了一种制备气体传感器的方法，包括：通过热蒸发工艺在金属线衬底上生长纳米阵列；对生长出的试管刷状纳米阵列结构进行敏化处理；以及腐蚀该试管刷状纳米阵列结构的两端以露出该金属线衬底作为该气体传感器的电极。在一实例中，该通过热蒸发工艺在金属线衬底上生长纳米阵列包括：在反应温度下使该金属线衬底和原料暴露在含氧气体中持续反应时间。在一实例中，该金属线衬底为金线，以及该原料为ZnO粉末与碳粉的混合物。在一实例中，ZnO粉末与该碳粉按原子比1:2的比例混合。在一实例中，该腐蚀该试管刷状纳米阵列结构的两端包括：采用盐酸分别浸泡该试管刷状纳米阵列结构的两端以腐蚀掉两端的ZnO从而在两端分别露出该金线作为该气体传感器的电极。在一实例中，该反应温度为1050℃，以及该反应时间大于15分钟。在一实例中，使该金属线衬底和该原料暴露在该含氧气体中包括：以预定流量向反应炉中通入该含氧气体。在一实例中，该含氧气体为氩气与氧气的混合气体。在一实例中，还包括在向该反应炉中通入该含氧气体之前，预先以相同的流量向该反应炉中通入氩气。在一实例中，预先以200sccm的流量通入氩气，以及随后以200sccm的流量通入该含氧气体并且其中氧气流量为3ccm。在一实例中，该对生长出的试管刷状纳米阵列结构进行敏化处理包括：将该试管刷状纳米阵列结构在气敏材料溶液中浸泡预定时间；以及对浸泡后的该试管刷状纳米阵列结构作烘干处理。在一实例中，该对生长出的试管刷状纳米阵列结构进行敏化处理进一步包括：将该试管刷状纳米阵列结构在0.5-2mol/L的气敏材料溶液中浸泡12-48小时；以及将晾干后的该试管刷状纳米阵列结构在30-50℃下烘干1-3小时。在一实例中，还包括用柔性衬底封装制备得到的该气体传感器。在一实例中，该用柔性衬底封装制备得到的该气体传感器包括：将该气体传感器的纳米阵列部分置于两块柔性衬底的凹部区域内而使该气体传感器两端的电极粘合在该两块柔性衬底的突起部之间并伸出该突起部。根据本专利技术的另一方面，提供一种制备气体传感器的装置，包括：纳米阵列生长单元，用于通过热蒸发工艺在金属线衬底上生长纳米阵列；敏化单元，用于对生长出的试管刷状纳米阵列结构进行敏化处理；以及电极形成单元，用于腐蚀该试管刷状纳米阵列结构的两端以露出该金属线衬底作为该气体传感器的电极。在一实例中，该纳米阵列生长单元包括：反应炉，该金属线衬底和原料在该反应炉中在反应温度下暴露在含氧气体中持续反应时间。在一实例中，该纳米阵列生成单元还包括：气体供应单元，用于以预定流量向该反应炉中通入该含氧气体。在一实例中，该含氧气体为氩气与氧气的混合气体，其中该气体供应单元在向该反应炉中通入该含氧气体之前，预先以相同的流量向该反应炉中通入氩气。在一实例中，该敏化单元包括盛有气敏材料溶液的容器和烤箱，该试管刷状纳米阵列结构在气敏材料溶液中浸泡预定时间，并且随后在该烤箱中烘干。在一实例中，该电极形成单元包括盛有盐酸的容器，该试管刷状纳米阵列结构的两端分别被浸泡在盐酸中以腐蚀掉两端的纳米阵列。本专利技术专利充分利用纳米结构探测气体方面的独特优势，同时又规避了传统纳米器件制备的复杂工艺，弥补了二维薄膜气体传感器在响应速度、体积等方面的不足，有广泛的工程应用价值附图说明在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本专利技术的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。图1是示出了根据本专利技术的一方面的用于制备气体传感器的方法的流程图；图2是示出了根据本专利技术的一方面的用于生长纳米阵列的装置的示意图；图3A是示出了根据本专利技术的一方面的试管刷状纳米阵列结构的示意图；图3B是示出了根据本专利技术的一方面的试管刷状纳米阵列结构在敏化前的截面示意图；图3C是示出了根据本专利技术的一方面的试管刷状纳米阵列结构在敏化后的截面示意图；图3D是示出了根据本专利技术的一方面的试管刷状纳米阵列结构在经腐蚀后的示意图；图4是示出了根据本专利技术的一方面的用柔性衬底进行了封装的气体传感器的示意图；以及图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备气体传感器的方法，包括：通过热蒸发工艺在金属线衬底上生长纳米阵列；对生长出的试管刷状纳米阵列结构进行敏化处理；以及腐蚀所述试管刷状纳米阵列结构的两端以露出所述金属线衬底作为所述气体传感器的电极。

【技术特征摘要】
1.一种制备气体传感器的方法，包括：
通过热蒸发工艺在金属线衬底上生长纳米阵列；
对生长出的试管刷状纳米阵列结构进行敏化处理；以及
腐蚀所述试管刷状纳米阵列结构的两端以露出所述金属线衬底作为所述
气体传感器的电极。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过热蒸发工艺在金属
线衬底上生长纳米阵列包括：
在反应温度下使所述金属线衬底和原料暴露在含氧气体中持续反应时间。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属线衬底为金线，以
及所述原料为ZnO粉末与碳粉的混合物。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，ZnO粉末与所述碳粉按原子
比1:2的比例混合。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述腐蚀所述试管刷状纳米
阵列结构的两端包括：
采用盐酸分别浸泡所述试管刷状纳米阵列结构的两端以腐蚀掉两端的
ZnO从而在两端分别露出所述金线作为所述气体传感器的电极。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述反应温度为1050℃，以
及所述反应时间大于15分钟。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，使所述金属线衬底和所述原
料暴露在所述含氧气体中包括：
以预定流量向反应炉中通入所述含氧气体。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述含氧气体为氩气与氧气
的混合气体。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括在向所述反应炉中通
入所述含氧气体之前，预先以相同的流量向所述反应炉中通入氩气。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，预先以200sccm的流量通
入氩气，以及随后以200sccm的流量通入所述含氧气体并且其中氧气流量为3
ccm。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对生长出的试管刷状纳
米阵列结构进行敏化处理包括：
将所述试管刷状纳米阵列结构在气敏材料溶液中浸泡预定时间；以及
对浸泡后的所述试管刷状纳米阵列结构作烘干处理。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述对生长出的试管刷状
纳米阵列结构进行敏化处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙杨慧，
申请(专利权)人：中航商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31