一种色彩与电导的双模气体传感装置及其制备和使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于气体检测领域，具体涉及一种色彩与电导的双模气体传感装置及其制备和使用方法。该传感装置由陶瓷加热片以及附着在陶瓷加热片上的金属氧化物薄膜组成，陶瓷加热片的两端均设置有金电极和导线，电导检测装置连接所述导线用于采集金属氧化物薄膜的电导率变化；金属氧化物薄膜上还设置有颜色探测器，光谱检测装置连接颜色探测器，用于分析和采集金属氧化物薄膜的光学吸收谱。本发明专利技术通过电导检测结果结合颜色变化的检测判断，使本发明专利技术提供的传感装置及检测方法既具有较高的检测能力，同时还具有可视化监测的效果，可以在不同气体环境检测中广泛应用。环境检测中广泛应用。环境检测中广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
一种色彩与电导的双模气体传感装置及其制备和使用方法


[0001]本专利技术属于气体检测领域，具体涉及一种色彩与电导的双模气体传感装置及其制备和使用方法。

技术介绍

[0002]气体的高效监测对公共安全和社会生产具有重要意义。一个高效的气体传感器应当具有快速响应、高的灵敏度和较高的精确性等。然而，目前的主要技术都难以同时满足这些要求。
[0003]例如，代表性的电导型气体传感技术可以实现较高的灵敏度，和快速响应等，但是这种电导型传感方法依赖于电学测量，一旦电路出现故障，将不能工作，对于监测预警系统，不能保证安全性。另外，有些利用颜色变化的传感方法，例如气致变色技术，它虽然不依赖于电学测量，容易实现可视化的监测。但是，单一的传感方法精度低，可靠性仍然有待提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了克服现有技术中的欠缺之处，提供一种能在同一薄膜器件上同时实现对气体的色彩与电导双模响应的监测技术。
[0005]本专利技术采用了以下技术方案：本专利技术首先提供了一种色彩与电导的双模气体传感装置，该传感装置由陶瓷加热片以及附着在所述陶瓷加热片上的金属氧化物薄膜组成，所述陶瓷加热片的两端均设置有电极和导线，电导检测装置连接所述导线用于采集所述金属氧化物薄膜的电导率变化；所述金属氧化物薄膜上还设置有颜色探测器，光谱检测装置连接所述颜色探测器，用于分析和采集所述金属氧化物薄膜的光学吸收谱。
[0006]优选的，所述金属氧化物薄膜中金属氧化物为二氧化钛、二氧化锡、氧化锌、氧化铈或三氧化二铁中的任一种。
[0007]优选的，所述金属氧化物薄膜的膜层厚度为100
‑
5000nm。
[0008]所述陶瓷加热片为商用的陶瓷加热片。
[0009]本专利技术其次提供了一种制备上述色彩与电导的双模气体传感装置的方法，包括以下步骤：S1.将金属氧化物纳米粉体与去离子水按照质量比（1:10）
‑
（1:100）混合，在超声池中充分超声，直到形成均匀的胶体溶液；S2.取0.1
‑
1mL胶体溶液滴加在洁净的陶瓷加热片上，并在陶瓷加热片上涂覆均匀；S3.待旋涂的胶体溶液干燥后，重复上述S2共2
‑
5次，即制成带有金属氧化物薄膜的陶瓷加热片；S4.在S3制备的陶瓷加热片的两端物理溅射沉积电极，并在电极上连接导线，在金
属氧化物薄膜上设置颜色探测器；S5.将导线与电导检测装置连接，并将光谱检测装置连接在所述颜色探测器上，形成色彩与电导的双模气体传感装置。
[0010]优选的，所述金属氧化物纳米粉体的颗粒直径为5
‑
200nm。
[0011]优选的，所述S2中，涂覆使用旋涂仪，所述旋涂仪的旋涂速度为10
‑
200r/min。
[0012]优选的，所述电极为金电极。
[0013]优选的，所述电导检测装置为气敏检测仪，所述光谱检测装置为光谱仪。
[0014]所述颜色探测器可以收集来自金属氧化物薄膜的光并传递至光谱仪，由光谱仪对光进行分析。所述颜色探测器还可以与色差计或分光测色仪联用，直接获得色彩信息。
[0015]本专利技术最后提供了使用上述色彩与电导的双模气体传感进行气体检测的方法：将附着金属氧化物薄膜的陶瓷加热片放置在待测目标气体环境中，调节所述陶瓷加热片的工作温度为在50
‑
400℃范围内的某一设定温度不变，开启电导检测装置、颜色探测器和光谱检测装置并记录所述金属氧化物薄膜的光学吸收谱和电导率变化，完成双模监测。
[0016]优选的，用于检测的目标气体为还原性气体。
[0017]优选的，所述气体为醇类气体、醛类气体、烃类气体、硫醇类气体、硫化氢或氢气。
[0018]本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过在陶瓷加热片上旋涂金属氧化物形成薄膜检测器件，制备方法简单，制备成本低。通过金属氧化物在一定温度下与目标气体作用，可以同时实现电导变化和颜色变化双模监测的特点。
[0019]现有技术中应用于气致变色技术的薄膜往往具有专门性，不能同时用于色彩和电导的检测中。本专利技术的氧化物薄膜则可以同时满足上述两种检测需求。
[0020]本专利技术的双模监测方法能够提高监测的可靠性，降低误报率。同时还提高了系统稳定性。比如当电导监测装置发生故障时，光谱检测装置仍可以实时提供监测状态，即使在总电路出现故障的情况下，也可通过肉眼对本申请的氧化物薄膜色彩变化进行观察，辅助判断。
[0021]通过电导检测结果结合颜色变化的检测判断，使本专利技术提供的检测方法既具有较高的检测能力，还具有可视化监测的效果。相比于现有技术中气体探测器件单独对电导变化进行电学测量，或单独应用气致变色技术的检测应用，本专利技术提供的传感装置及检测方法的可以在不同气体环境检测中广泛应用。
附图说明
[0022]图1为本专利技术提供的气体传感装置结构示意图；图2为本申请实施例3中，二氧化钛薄膜电阻在环境中发生的变化；图3本申请实施例3中，二氧化钛薄膜光学吸收谱在环境中发生的变化，其中黑色曲线为暴露在目标气体下的二氧化钛薄膜，灰色曲线为未接触目标气体的二氧化钛薄膜光学吸收谱；图4为本申请实施例3中，暴露在目标气体下的二氧化钛薄膜对600nm波长光吸收率随时间变化图。
[0023]图中各标注符号的含义如下：
10
‑
陶瓷加热片
ꢀꢀ
11
‑
金属氧化物薄膜20
‑
电极
ꢀꢀ
21
‑
导线
ꢀꢀ
22
‑
电导检测装置30
‑
颜色探测器
ꢀꢀ
31
‑
光谱检测装置。
具体实施方式
[0024]下面结合实施例和对比例对本专利技术的技术方案做出更为具体的说明：实施例1：如图1所示，一种色彩与电导的双模气体传感装置，该传感装置包括陶瓷加热片10和附着在陶瓷加热片10上的金属氧化物薄膜11。金属氧化物薄膜11为二氧化钛薄膜，陶瓷加热片10的两端均设置有电极20和导线21。导线21连接有气敏检测仪，二氧化钛薄膜上还设置有连接光谱仪的颜色探测器30。
[0025]本实施例中，二氧化钛薄膜厚度为1 μm，陶瓷加热片10使用商用的陶瓷加热片10，尺寸为30 mm
×
30 mm
×
3 mm，电极20为金电极。
[0026]气敏检测仪使用商用敏感仪如南京智微芯公式的便携式单通道气敏测试仪（型号ZWX
‑
P1），用于采集二氧化钛薄膜的电导变化；颜色探测器30为分光测色仪，颜色探测器30还可以将部分收集自二氧化钛薄膜的光传递至光谱仪中，光谱仪使用UV
‑
vis光谱仪采集二氧化钛薄膜的光学吸收谱。
[0027]实施例2制备实施例1中传感装置的方法，步骤如下：S1.取0.1g锐钛矿二氧化钛纳米颗粒（p25）粉体与5 m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种色彩与电导的双模气体传感装置，其特征在于，该传感装置由陶瓷加热片（10）以及附着在所述陶瓷加热片（10）上的金属氧化物薄膜（11）组成，所述陶瓷加热片（10）的两端均设置有电极（20）和导线（21），电导检测装置（22）连接所述导线（21）用于采集所述金属氧化物薄膜（11）的电导率变化；所述金属氧化物薄膜（11）上还设置有颜色探测器（30），光谱检测装置（31）连接所述颜色探测器（30），用于分析和采集所述金属氧化物薄膜（11）的光学吸收谱。2.如权利要求1所述的一种色彩与电导的双模气体传感装置，其特征在于，所述金属氧化物薄膜（11）中金属氧化物为二氧化钛、二氧化锡、氧化锌、氧化铈或三氧化二铁中的任一种。3.如权利要求2所述的一种色彩与电导的双模气体传感装置，其特征在于，所述金属氧化物薄膜（11）的膜层厚度为100
‑
5000nm。4.一种如权利要求1所述的传感装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将金属氧化物纳米粉体与去离子水按照质量比（1:10）
‑
（1:100）混合，在超声池中充分超声，直到形成均匀的胶体溶液；S2.取0.1
‑
1mL胶体溶液滴加在洁净的陶瓷加热片（10）上，并在陶瓷加热片（10）上涂覆均匀；S3.待旋涂的胶体溶液干燥后，重复上述S2共2
‑
5次，即制成带有金属氧化物薄膜（11）的陶瓷加热片（10）；S4.在S3制备的陶瓷加热片（10）的两端...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍皓明，张洪文，崔锡荣，蔡伟平，
申请(专利权)人：山东智微检测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：