柔性气体传感设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种柔性气体传感设备，其包括柔性敏感测试单元以及柔性封装单元，所述柔性封装单元包括具有透明窗口的柔性盖板，所述柔性盖板与所述柔性敏感测试单元密封结合形成一封装腔室，封装腔室与设置在柔性盖板上的至少一个气孔连通；柔性敏感测试单元包括依次叠层设置在柔性衬底上的绝热层、加热层、导热绝缘层以及气体敏感结构，气体敏感结构还与测试电极电连接；其中，至少所述气体敏感结构被设置在所述封装腔室中。本实用新型专利技术提供的柔性气体传感设备将全印刷工艺与半导体氧化材料相结合，不需经过光刻等工艺，避免了高温或化学腐蚀液体对柔性衬底或器件的损伤。

【技术实现步骤摘要】
柔性气体传感设备
本技术涉及一种气体传感器，特别涉及一种柔性气体传感设备，属于柔性电子器件

技术介绍
气体传感器广泛应用于检测可燃性气体、有毒气体以及大气成分，快速灵敏地监测出各种给环境带来危害的气体(如NO2、CO和H2S等)成为其一项重要的任务。气体传感器作为把有毒气体成分检测出来并转化成适当电信号的器件，在工业生产、家庭安全、环境监测和医疗等领域发挥极其重要的作用。随着气体传感器的应用越来越广，对其使用范围和性能要求也越来越高，因此新型气体传感器的研究和开发势在必行。目前主要的气敏传感器是基于硅、陶瓷等材料的硬质衬底，难以满足目前气敏传感器在食品安全、医疗卫生、柔性电子等领域的应用，因此，开发制备柔性气敏传感器成为传感器领域的趋势之一。以及，在现有柔性气敏传感器制备过程中，仍然要经过衬底、光刻等半导体工艺，在制备过程中柔性衬底由于受到高温或者化学腐蚀液体的影响，进而对柔性衬底或者器件本身造成损伤。
技术实现思路
本技术的主要目的在于提供一种柔性气体传感设备，进而克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本技术采用的技术方案包括：本技术实施例提供了一种柔性气体传感设备，其包括柔性敏感测试单元以及柔性封装单元，所述柔性封装单元包括具有透明窗口的柔性盖板，所述柔性盖板与所述柔性敏感测试单元密封结合形成一封装腔室；所述柔性敏感测试单元包括依次叠层设置在柔性衬底上的绝热层、加热层、导热绝缘层以及气体敏感结构，所述气体敏感结构还与设置在所述导热绝缘层上的测试电极电连接；其中，至少所述气体敏感结构被设置在所述封装腔室中。进一步的，所述加热层的材质包括Pt、W、Cu、Ni中的任意一种金属或两种以上金属形成的合金，但不限于此。优选的，所述加热层包括间隔设置的复数个加热电极，所述复数个加热电极之间电连接，所述加热层的厚度为10-1000μm。进一步的，所述导热绝缘层的材质包括纳米陶瓷材料、纳米级的导热绝缘玻纤和/或有机硅，但不限于此。优选的，所述导热绝缘层的厚度为10-1000μm。进一步的，所述气体敏感结构具有由多根多孔导电纤维交织形成的三维多孔结构。其中，所述多孔导电纤维可以选用本领域熟知的多孔导电纤维。优选的，所述多孔导电纤维包括紧密堆积的多个半导体金属氧化物纳米颗粒，并且至少部分所述半导体金属氧化物纳米颗粒之间还分布有磺化石墨烯及噻吩低聚物。进一步的，所述多孔导电纤维的直径为0.5μm-20μm，长度为10μm以上，孔隙率为60-85％，所含孔洞的孔径为20-100nm。进一步的，所述多孔导电纤维包含质量比为90-95：0.01-0.5：2-5的半导体金属氧化物纳米颗粒、磺化石墨烯与噻吩低聚物。更进一步的，所述半导体金属氧化物纳米颗粒的粒径为10-100nm。更进一步的，所述噻吩低聚物含有2-20个单体单元，分子量为800-3000g/mol。进一步的，所述测试电极为由包含金属纳米粒子的导电墨水打印形成，且所述金属纳米粒子所含金属元素与形成所述气体敏敏感结构的半导体金属氧化纳米颗粒所含金属元素相同。进一步的，所述金属纳米粒子包括Au、Cu或Al等金属纳米粒子，但不限于此。优选的，所述柔性敏感测试单元包括两个以上的测试电极，所述气体敏感结构设置在所述两个以上测试电极之间，所述两个以上的测试电极之间电连接，所述测试电极的厚度为10-1000μm。进一步的，所述柔性盖板与所述导热绝缘层密封连接。进一步的，所述柔性盖板的材质包括聚二甲基硅氧烷，但不限于此。进一步的，所述气孔的直径为10-500μm。其中，通过在所述柔性盖板上设置透明窗口，利于使用者观察传感设备内部情况，外形亦更为美观，前述气孔可以开设在透明窗口上或一侧。进一步的，所述柔性衬底的材质包括柔性聚合物，所述柔性聚合物包括聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。优选的，所述柔性衬底的厚度为10-1000μm。进一步的，所述绝热层的材质包括聚酰亚胺和/或聚乙烯，所述绝热层的厚度100nm-5000nm。进一步的，所述导热绝缘层上还设置有接线焊盘，所述接线焊盘分别与所述加热层、测试电极电连接。本技术实施例还提供了所述柔性气体传感设备的制作方法，其包括：采用印刷的方式在柔性衬底上依次制作叠层设置的绝热层、加热层、导热绝缘层；采用印刷的方式在导热绝缘层上制作形成测试电极和气体敏感结构，并使所述气体敏感结构与所述测试电极电连接，进而形成柔性敏感测试单元；提供一具有气孔的柔性盖板，并将柔性盖板与所述柔性敏感测试单元密封结合，进而在所述柔性盖板与所述柔性敏感测试单元之间围合形成一封装腔室，至少所述气体敏感结构被封装在所述封装腔室中，所述封装腔室还与所述柔性盖板上的气孔连通。具体的，所述的制作方法包括：将噻吩低聚物溶解于有机溶剂中形成分散液，再向该分散液中依次加入磺化石墨烯、半导体金属氧化物纳米颗粒，均匀分散后，形成印刷墨水，再将该印刷墨水印刷到导热绝缘层上，并进行干燥、老化处理后形成气体敏感结构；印刷墨水经干燥老化处理后形成多根相互交织的多孔导电纤维；其中，该印刷墨水中半导体金属氧化物纳米颗粒、磺化石墨烯与噻吩低聚物的质量比为90-95：0.01-0.5：2-5，半导体金属氧化物纳米颗粒可以是氧化铜纳米颗粒、氧化亚铜纳米颗粒、氧化铝纳米颗粒等，半导体金属氧化物纳米颗粒的粒径为10-100nm，噻吩低聚物含有2-20个单体单元，分子量为800-3000g/mol。具体的，所述的方法具体包括：将包含金属纳米粒子的导电墨水印刷到导电绝缘层上，进而形成测试电极，并使该测试电极与气体敏感结构电连接，该金属纳米粒子可以是Au、Cu或Al等金属纳米粒子，测试电极的厚度为10-1000μm。进一步的，所述的方法还包括：采用印刷的方式在所述绝热层上制作接线焊盘，并使所述接线焊盘分别与所述加热层、测试电极电连接。与现有技术相比，本技术的优点包括：本技术实施例提供的一种柔性气体传感设备，将全印刷工艺与半导体氧化材料相结合，不需经过光刻等工艺，避免了高温或化学腐蚀液体对柔性衬底或器件的损伤，使得该柔性气体传感设备具有灵敏度高和选择性好等特点；本技术实施例提供的一种柔性气体传感设备的气体敏感结构中，多孔导电纤维相互交织可以形成三维多孔结构，其中含有多级孔洞，比表面积大，可以更快、更多的吸收目标气体，进而可以提高气体传感器的灵敏度；本技术实施例提供的一种柔性气体传感设备，制备工艺简单、成本较低、性能好、容易集成尤其适用于消费电子、白色家电等领域。附图说明图1是本技术一典型实施案例中一种柔性气体传感设备的结构示意图；图2是本技术一典型实施案例中一种柔性气体传感设备制作流程示意图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性气体传感设备，其特征在于包括柔性敏感测试单元以及柔性封装单元，所述柔性封装单元包括具有透明窗口的柔性盖板，所述柔性盖板与所述柔性敏感测试单元密封结合形成一封装腔室，所述封装腔室与设置在所述柔性盖板上的至少一个气孔连通；/n所述柔性敏感测试单元包括依次叠层设置在柔性衬底上的绝热层、加热层、导热绝缘层以及气体敏感结构，所述气体敏感结构还与设置在所述导热绝缘层上的测试电极电连接；其中，至少所述气体敏感结构被设置在所述封装腔室中。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性气体传感设备，其特征在于包括柔性敏感测试单元以及柔性封装单元，所述柔性封装单元包括具有透明窗口的柔性盖板，所述柔性盖板与所述柔性敏感测试单元密封结合形成一封装腔室，所述封装腔室与设置在所述柔性盖板上的至少一个气孔连通；
所述柔性敏感测试单元包括依次叠层设置在柔性衬底上的绝热层、加热层、导热绝缘层以及气体敏感结构，所述气体敏感结构还与设置在所述导热绝缘层上的测试电极电连接；其中，至少所述气体敏感结构被设置在所述封装腔室中。


2.根据权利要求1所述的柔性气体传感设备，其特征在于：所述加热层包括间隔设置的复数个加热电极，所述复数个加热电极之间电连接，所述加热层的厚度为10-1000μm。


3.根据权利要求1所述的柔性气体传感设备，其特征在于：所述导热绝缘层的厚度为10-1000μm。


4.根据权利要求1所述的柔性气体传感设备，其特征在于：所述气体敏感结构的厚度为10-1000μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑞，
申请(专利权)人：安徽芯淮电子有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽;34