旁热式SnO2半导体甲烷气体传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种旁热式SnO2半导体甲烷气体传感器，包括氧化铝陶瓷管，在氧化铝陶瓷管外表面设有金电极，金电极上连接有信号引出电极，在所述氧化铝陶瓷管外表面和金电极上涂覆有采用含有纳米SnO2粉末制成的半导体氧化物气敏层，在氧化铝陶瓷管内设有加热电极。本实用新型专利技术提供的旁热式SnO2半导体甲烷气体传感器，结构简单，集成度高，在所述氧化铝陶瓷管外表面和金电极上涂覆有采用含有纳米SnO2粉末制成的半导体氧化物气敏层，提升了气敏元件的灵敏度和选择性。敏元件的灵敏度和选择性。敏元件的灵敏度和选择性。

【技术实现步骤摘要】
旁热式SnO2半导体甲烷气体传感器


[0001]本技术属于半导体氧化物气体传感器领域，具体涉及一种旁热式SnO2半导体甲烷气体传感器。

技术介绍

[0002]目前天然气和液化气已经得到了非常普遍的使用，而其主要成分是易燃易爆的甲烷(CH4)气体，当发生气体泄漏时很容易引起火灾和爆炸，造成人员伤亡和重大财产损失。因此制造灵敏度高、稳定性好且及时预警的燃气报警器是大势所趋。半导体传感器因具有灵敏度高、响应
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恢复时间短、制造成本低、制作工艺简单、环境友好型等优点，而广泛应用于环境气体的测量、易燃易爆气体、有毒气体的检测报警等领域。
[0003]目前，针对CH4半导体传感器的研究主要集中在材料制备和元件结构设计两方面。在气敏材料方面目前研究较多的是SnO2，利用贵金属和稀有金属掺杂实现元件灵敏度和选择性的提升；在元件结构设计上，利用MEMS技术和IC技术设计微结构型传感器，以实现小型化和低功耗的目标。然而现在市售的半导体传感器集成度低。

技术实现思路

[0004]本技术的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种对甲烷具有较高的灵敏度和优异的选择性且集成度高的旁热式SnO2半导体甲烷气体传感器。
[0005]为了达到上述目的，本技术提供的一种旁热式SnO2半导体甲烷气体传感器，包括氧化铝陶瓷管，其特征是在氧化铝陶瓷管外表面设有金电极，金电极可通过印刷成环形设置在氧化铝陶瓷管外表面两端，金电极上连接有信号引出电极，信号引出电极可采用铂丝材料并通过粘结连接在金电极上，在所述氧化铝陶瓷管外表面和金电极上涂覆有采用含有纳米SnO2粉末制成的半导体氧化物气敏层，在氧化铝陶瓷管内设有加热电极，氧化铝陶瓷管外设有管座和管帽，信号引出电极和加热电极焊接连接在管座上。
[0006]所述涂覆有采用含有纳米SnO2粉末制成的半导体氧化物气敏层，该纳米SnO2粉末是通过如下方法获得的纳米SnO2粉末：
[0007]步骤1)：称取适量的五水氯化锡溶于一定量的去离子水中，搅拌至五水氯化锡全部溶解，再加入确定量的柠檬酸，充分搅拌均匀，成氯化锡溶液；
[0008]步骤2)：将步骤1)所述的氯化锡溶液水浴加热并进行磁力搅拌，同时滴加低浓度氨水溶液，直至溶液PH值等于2时，反应结束形成含有白色沉淀的混合溶液；
[0009]步骤3)：将步骤2)所述含有白色沉淀的混合溶液进行水浴加热超声震荡清洗；
[0010]步骤4)：从步骤3)处理的混合溶液中离心提取白色沉淀物，并加入去离子水重复离心洗涤，获得纯净的白色溶胶；
[0011]步骤5)：将步骤4)获取的白色溶胶进行干燥处理，获得氢氧化锡晶体；
[0012]步骤6)：将步骤5)得到的氢氧化锡晶体研磨成粉体，再进行烧结形成黄色SnO2纳米粉末。
[0013]所述步骤1)中，氯化锡溶液的浓度可以是0.05
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2mol/L，柠檬酸的添加量为0.5
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20wt％。
[0014]所述步骤2)和步骤3)中的水浴加热温度为50C
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100C；所述步骤5)中，干燥处理温度为50C
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150C；所述步骤6)中，烧结温度可以为400C
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800C。
[0015]所述步骤4)中，重复离心洗涤次数可以是3
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20次。
[0016]所述含有纳米SnO2粉末制成的半导体氧化物气敏层是通过如下制备步骤得到的半导体氧化物气敏层：
[0017]步骤a：分别称取0.5g的SnO2纳米粉末、0.01g氯化钯和0.003g过渡族金属氧化物，其中氯化钯能影响气敏元件的甲烷灵敏度，过渡族金属氧化物能保证气敏元件的性能稳定性，倒入玛瑙研钵中研磨混合，随后向混合粉末中滴加适量的含有有机粘结剂的去离子水或乙醇，继续研磨形成气敏浆料。
[0018]步骤b：将带有金电极和铂丝信号引出电极的氧化铝陶瓷管进行清洗并烘干，将步骤a制备的气敏浆料涂覆在氧化铝陶瓷管外表面，低温烘干后进行高温烧结成半导体氧化物气敏层。
[0019]其中，所述步骤a中的过渡族金属氧化物可以包括氧化铁、氧化钨、氧化钛、氧化锌、氧化铟中的一至二种；所述含有有机粘结剂的去离子水或乙醇，其有机粘结剂含量其重量百分比可以为0.1
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10wt％。
[0020]所述半导体氧化物气敏层的厚度可以为0.1
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2mm，高温烧结温度可以为400C
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800C。
[0021]本技术提供的旁热式SnO2半导体甲烷气体传感器，其加热丝线圈的电阻值可以设置在30Ω
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100Ω。
[0022]本技术提供的一种旁热式SnO2半导体甲烷气体传感器，结构简单，集成度高，在所述氧化铝陶瓷管外表面和金电极上涂覆有采用含有纳米SnO2粉末制成的半导体氧化物气敏层，提升了气敏元件的灵敏度和选择性。采用本技术提供传感器具有较低的初始阻值、优异的响应灵敏度、优良的选择性和稳定性、快速的响应/恢复特性。
附图说明
[0023]图1是本技术的纳米SnO2粉末制备过程示意图；
[0024]图2是本技术的半导体甲烷气体传感器制作工艺流程；
[0025]图3是本技术传感器结构示意图；
[0026]图4是本技术传感器气敏元件结构示意图；
[0027]图5是本技术实施案例1制备传感器的电压输出特性；
[0028]图6是本技术实施案例1制备传感器的响应恢复时间特性；
[0029]图7是本技术实施案例1制备传感器的选择性特性；
[0030]图8是本技术实施案例2制备传感器的电压输出特性；
[0031]图9是本技术实施案例2制备传感器的响应恢复时间特性；
[0032]图10是本技术实施案例2制备传感器的选择性特性。
[0033]图中：氧化铝陶瓷管1、金电极2、信号引出电极3、半导体氧化物气敏层4、加热电极5、管座6、管帽7。
具体实施方式
[0034]下面将结合本技术实施例，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0035]案例1
[0036]如图3、图4所示，本实施例提供的一种旁热式SnO2半导体甲烷气体传感器，包括氧化铝陶瓷管1，氧化铝陶瓷管1外表面设有金电极2，金电极2通过印刷成环形设置在氧化铝陶瓷管1外表面两端，金电极2上连接有信号引出电极3，信号引出电极采用铂丝材料并通过粘结连接在金电极2上，在所述氧化铝陶瓷管1外表面和金电极2上涂覆有采用含有纳米SnO2粉末制成的半导体氧化物气敏层4，在氧化铝陶瓷管1内设有加热电极5，氧化铝陶瓷管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旁热式SnO2半导体甲烷气体传感器，包括氧化铝陶瓷管(1)，其特征是在氧化铝陶瓷管(1)外表面设有金电极(2)，金电极(2)上设有信号引出电极(3)，在氧化铝陶瓷管(1)外表面和环形金电极(2)上涂覆有采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕晶，王吉应，王鸿飞，吴炯，
申请(专利权)人：杭州麦乐克科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：