一种热电自驱动机动车NO制造技术

本发明专利技术涉及一种热电自驱动机动车NO

【技术实现步骤摘要】
一种热电自驱动机动车NO2传感器及其制备方法
本专利技术属于传感器和纳米材料
，具体涉及一种热电自驱动机动车NO2传感器及其制备方法。
技术介绍
社会的进步促使人类生活水平的提高，机动车的使用也越来越广泛。二氧化氮(NO2)是机动车尾气排放中最主要的气体，是一种无色易燃气体。NO2对环境非常有害，并且是酸雨和烟雾的主要原因。另外，即使浓度非常低，NO2仍对人和动物的呼吸系统有害。因此，美国国家职业安全与健康研究所规定，NO2的“即时危害生命或健康”值为20ppm。根据职业安全卫生管理标准，允许的NO2的暴露极限值为5ppm。因此，开发具有高灵敏度和选择性的NO2气体传感器对于公共卫生和环境保护是重要的。目前已经报道开发各种类型的NO2气体传感器，在各种NO2气体传感器中，半导体型和催化燃烧型传感器已经商业化开发。但是，这些传感器具有重要的弱点。大多数半导体型气体传感器都要求高操作温度，以实现快速响应，短响应/恢复时间。然而，这些传感器的高工作温度导致能源消耗问题，这限制了它们的更广泛的应用。对于催化燃烧型传感器，不可能检测到低浓度的NO2，因为与半导体型传感器相比，在低浓度下电阻率变化小。经常使用基于钯(Pd)的传感器，但是在高浓度NO2中连续运行时，其性能会下降。这些缺点促使研究人员致力于实现高性能气体传感器，以获得优异的性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种热电自驱动机动车NO2传感器及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种热电自驱动机动车NO2传感器，包括热端电极、P型热电纳米线阵列、N型热电气敏复合纳米线阵列、第一冷端电极、第二冷端电极和衬底；所述第一冷端电极和所述第二冷端电极间隔地位于所述衬底上，所述P型热电纳米线阵列位于所述第一冷端电极上，所述N型热电气敏复合纳米线阵列位于所述第二冷端电极上，所述热端电极位于所述P型热电纳米线阵列和所述N型热电气敏复合纳米线阵列上。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步的，采用化学气相沉积、物理气相沉积和电化学沉积中任意一种方法形成P型热电纳米线阵列和N型热电气敏复合纳米线阵列。进一步的，所述P型热电纳米线阵列所使用的热电材料为BiSbTe和Mg2Si复合材料、SnTe、Bi2Te3、FeSi2、Bi0.5Sb1.5Te3、CaCoO、Si80Ge20或NaxCo2O4。进一步的，所述N型热电气敏复合纳米线阵列是由N型热电材料和N型气敏金属半导体复合而成。其中N型热电材料为Bi2Te3、LaNiO3、LaNiO、Ba8Ga16Ge30、SnS、ZnO、Bi2Te2.85Se0.15或FeSi2；N型气敏金属半导体为WS2、In2O3、ZnO、SnO2或SnS。进一步的，所述N型热电气敏复合纳米线阵列所使用的复合方法为机械研磨、水热生长、sol-gel或化学气相沉积。进一步的，所述衬底为聚酰亚胺(PI)、涤纶树脂(PET)或聚二甲基硅氧烷(PDMS)。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种热电自驱动机动车NO2传感器的制备方法，包括以下步骤：采用溅射工艺，将两个金膜种子层沉积在AOO模板的底部和衬底之间，形成第一冷端电极和第二冷端电极；在AOO模板的顶部，使用阻隔漆密封第一冷端电极以外区域，并进行干燥处理；采用电化学沉积将P型热电纳米线阵列沉积在所述第一冷端电极上，沉积后将AOO模板置于丙酮中去漆，然后进行退火处理；在AOO模板的顶部，使用阻隔漆密封第二冷端电极以外区域，并进行干燥处理，采用电化学沉积将N型热电气敏复合纳米线阵列沉积在所述第二冷端电极上，沉积后将AOO模板置于丙酮中去漆，然后进行退火处理；采用溅射沉积工艺，在P型热电纳米线阵列和N型热电气敏复合纳米线阵列上形成热端电极；采用5-10wt％的NaOH去除AOO模板。进一步的，所述热端电极为金纳米线，所述金纳米线与P型热电纳米线阵列和N型热电气敏复合纳米线阵列形成低欧姆接触。进一步的，所述电化学沉积采用恒电位仪在250ml电化学电池中进行，标准三电极电池由Ag/AgCl作为参比电极，铂涂层钛条作为对电极，铝作为工作电极。进一步的，使用与所述NO2传感器接触的数字静电计监测传感器的热电输出电流和电压信号。进一步的，所述干燥处理具体为在自然环境中干燥1h，所述退火处理具体为在120℃的环境下退火2h。本专利技术的有益效果是：本专利技术的热电自驱动机动车NO2传感器，通过机动车热部件排放尾气与外界空气之间的温差自驱动机动车NO2检测。具体的，传感器的热端电极与机动车的热部件接触，当热端电极接触的NO2尾气温度高于冷端电极接触的外界空气时，P型热电纳米线阵列3和N型热电气敏复合纳米线阵列4基于塞贝克效应会自发产生接触电势差，从而使冷端电极自发地输出热电信号，无需电源供给；当NO2传感器接触机动车尾气时，气体分子吸附会改变N型热电气敏复合纳米线阵列中的自由电子数目，从而改变费米能级，引起塞贝克系数改变，进而影响热电信号的改变。因此，热电电流和热电电压随着机动车废气中NO2浓度的变化而变化，所以可以通过热电信号的变化推测出机动车废气浓度。此外，本专利技术的热电自驱动机动车NO2传感器通过直接使用多孔AOO模板廉价地制造，并且与硅晶片的处理不同，它可以在室温下进行而无需任何真空处理。本专利技术可用于稳定、可靠、低能耗的机动车废气监测与管治。附图说明图1为本专利技术实施例的一种热电自驱动机动车NO2传感器的制备过程流程图；图2为本专利技术实施例的一种热电自驱动机动车NO2传感器检测机动车废气的检测示意图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、AOO模板，2、热端电极，3、P型热电纳米线阵列，4、N型热电气敏复合纳米线阵列，5、第一冷端电极，6、第二冷端电极，7、衬底。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1所示，本专利技术第一实施例提供的一种热电自驱动机动车NO2传感器，包括热端电极2、P型热电纳米线阵列3、N型热电气敏复合纳米线阵列4、第一冷端电极5、第二冷端电极6和衬底7；所述第一冷端电极5和所述第二冷端电极6间隔地位于所述衬底7上，所述P型热电纳米线阵列3位于所述第一冷端电极5上，所述N型热电气敏复合纳米线阵列4位于所述第二冷端电极6上，所述热端电极2位于所述P型热电纳米线阵列3和所述N型热电气敏复合纳米线阵列4上。本专利技术的气敏机理如下：汽车尾气中NO2气体的化学吸附反应可以表示为：其中，NO2(gas)为二氧化氮气体分子，+e-为电子，为吸附在纳米线阵列表面的二氧化氮离子。反应式(1)的反应平衡常数K可表示为：其中分别是e-、NO2的物种活性，自吸附分子(NO2)不动，活性为1，反应平衡常数K可写成：...

【技术保护点】
1.一种热电自驱动机动车NO

【技术特征摘要】
1.一种热电自驱动机动车NO2传感器，其特征在于，包括热端电极(2)、P型热电纳米线阵列(3)、N型热电气敏复合纳米线阵列(4)、第一冷端电极(5)、第二冷端电极(6)和衬底(7)；
所述第一冷端电极(5)和所述第二冷端电极(6)间隔地位于所述衬底(7)上，所述P型热电纳米线阵列(3)位于所述第一冷端电极(5)上，所述N型热电气敏复合纳米线阵列(4)位于所述第二冷端电极(6)上，所述热端电极(2)位于所述P型热电纳米线阵列(3)和所述N型热电气敏复合纳米线阵列(4)上。


2.根据权利要求1所述的一种热电自驱动机动车NO2传感器，其特征在于，采用化学气相沉积、物理气相沉积和电化学沉积中任意一种方法形成P型热电纳米线阵列(3)和N型热电气敏复合纳米线阵列(4)。


3.根据权利要求1所述的一种热电自驱动机动车NO2传感器，其特征在于，所述P型热电纳米线阵列(3)所使用的热电材料为BiSbTe和Mg2Si复合材料、SnTe、Bi2Te3、FeSi2、Bi0.5Sb1.5Te3、CaCoO、Si80Ge20或NaxCo2O4。


4.根据权利要求1所述的一种热电自驱动机动车NO2传感器，其特征在于，所述N型热电气敏复合纳米线阵列(4)是由N型热电材料和N型气敏金属半导体复合而成，其中N型热电材料为Bi2Te3、LaNiO3、LaNiO、Ba8Ga16Ge30、SnS、ZnO、Bi2Te2.85Se0.15或FeSi2；N型气敏金属半导体为WS2、In2O3、ZnO、SnO2或SnS。


5.根据权利要求4所述的一种热电自驱动机动车NO2传感器，其特征在于，所述N型热电气敏复合纳米线阵列...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏元捷，李丹，谢光忠，姚明亮，龚祺琛，陈春旭，贾砾，杜晓松，蒋亚东，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51