一种用于地下空间空气监测的气体传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及气体检测用气敏传感器技术领域，尤其涉及一种用于地下空间空气监测的气体传感器及其制备方法，包括功能层、敏感层、电极层；在所述电极层的上部形成有加热电极及采样电极，敏感层形成在电极层上部并与电极层上部的采样电极接触，在敏感层的外部形成有功能层；功能层能够隔绝环境中的水汽及灰尘，降低环境中湿度及空间中粉尘对敏感层的影响；本发明专利技术能通过对敏感层采用阵列布局方式，将多个敏感材料形成不同单元组建传感阵列，实现了在地下对多种气体的同时探测，其整体结构系统简单，满足了人们在使用需要。满足了人们在使用需要。满足了人们在使用需要。

【技术实现步骤摘要】
一种用于地下空间空气监测的气体传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及气体检测用气敏传感器
，尤其涉及一种用于地下空间空气监测的气体传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]气体传感器是检测所处环境中某种或某几种气体含量的传感器，可广泛应用于环境监测。气体传感器通常是气体敏感材料部分作为检测的核心，与空气中某种或者某几种气体分子发生较强的吸附作用，进而改变这种材料的电学性能，并最终通过读取电信号获得环境气体的信息。因此，气体传感器作为一种可以快速，准确获得环境气氛信息的电子器件目前在多个领域中有着广泛的应用，如环境监测、食品安全、医疗卫生、公共安全等。
[0003]随着城市建设的发展，城市空间也正在向地下空间拓展，地下空间环境与地上环境有着较大的区别，其气体的组成主要来源于人类的活动与地质的释放，主要有甲烷、一氧化碳、氨气、硫化氢、二氧化碳、挥发性有机污染物、氡气等，气体组分非常复杂，同时地下空间环境温度相对较低、湿度较高，这对传统气体传感器的监测应用带来的多种挑战。目前国内外暂无针对于地下空间空气检测的气体传感器。在公开号为“CN202159055U”的中国专利中公开了“一种地下有限空间的可燃气体浓度无线监测装置”，该专利技术采用普通可燃气体传感器结合采样电路与嵌入式系统实现了对甲烷气体浓度的检测，尽管该专利技术实现了地下空间的甲烷浓度探测，但无法检测其他气体，同时对于地下环境温湿度及其他气体（如一氧化碳、硫化氢）的干扰亦无法消除。在公开号为“CN108692192B”的中国专利中公开了“一种燃气管网相邻地下空间安全监测方法及系统”，该专利技术采用多个传统气体传感器（如甲烷探测器、乙烷探测器、一氧化碳探测器和硫化氢探测器等）结合组网的方式，实现对于多种气体的探测，但其整体系统复杂，同时也未考虑地下空间环境对传感器信号的影响，依次依然不能满足地下气体的监测使用需要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于地下空间空气监测的气体传感器及其制备方法，其能通过对敏感层采用阵列布局方式，将多个敏感材料形成不同单元组建传感阵列，实现了在地下对多种气体的同时探测，其整体结构系统简单，满足了人们在使用需要；为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于地下空间空气监测的气体传感器，包括功能层、敏感层、电极层；在所述电极层的上部形成有加热电极及采样电极，敏感层形成在电极层上部并与电极层上部的采样电极接触，在敏感层的外部形成有功能层；功能层能够隔绝环境中的水汽及灰尘，降低环境中湿度及空间中粉尘对敏感层的影响；敏感层采用不同敏感材料形成敏感单元阵列用于对目标气体的响应；电极层用于采集敏感层电信号，同时提供恒温加热功能。
[0005]进一步的，在功能层中加入有选择性透过膜，所述选择性透过膜能够降低干扰气氛对敏感层的影响。
[0006]进一步的，功能层包括金属有机框架（MOF）、疏水透气膜（PVDF）、金属细网（铜网、不锈钢网）及其组合，功能层的形成工艺流程优选丝网印刷、旋涂及气相沉积。
[0007]进一步的，敏感层用于对目标气体的响应，为了实现对多种气体的响应，采用不同敏感材料形成敏感单元阵列，不同的敏感材料对不同的气体形成响应。
[0008]进一步的，所述敏感层中敏感单元数量为4~10个，敏感层为氧化物。
[0009]进一步的，所述敏感层可以为氧化铟、三氧化钨、氧化镍、氧化铁、氧化铜、钛酸钴或者上述材料的任意组合或者对上述材料进行铂、金、银、锰、铈、碳、氮的掺杂。
[0010]进一步的，所述电极层采用叉指电极方式采集敏感层信号，采用环形电极方式提供恒温加热。
[0011]本专利技术亦提供了一种用于地下空间空气监测的气体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在基底上通过工艺流程制备电极，形成电极层，其中，基底可采用氧化铝、硅、石英、蓝宝石，基底的制备工艺流程可采用丝网印刷、掩模光刻；步骤二：在电极层上通过工艺流程制备敏感层，其中，敏感层的制备工艺流程可采用丝网印刷、喷涂、气相沉积，敏感层包括4~10个敏感单元，敏感层为包括氧化锌、氧化锡、氧化铟、三氧化钨、氧化镍、氧化铁、氧化铜或者上述材料的任意组合或者对上述材料进行铂、金、银、锰、铈、碳、氮的掺杂的氧化物；步骤三：在敏感层上通过工艺流程制备功能层，其中，功能层的制备工艺流程可以采用丝网印刷、旋涂、气相沉积，功能层包括金属有机框架（MOF）、疏水透气膜（PVDF）、金属细网（铜网、不锈钢网）及其组合。
[0012]通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有的地下空间空气监测用气体传感器相比较而言，能够取得以下有益效果：1、本专利技术的气体传感器能够采用功能层隔绝地下环境中的湿度及其他干扰气氛的影响，可有效提高气体传感器的整体使用选择性与长期稳定性；2、本专利技术的气体传感器中的敏感层采用阵列方式将多个敏感材料形成不同敏感单元组建传感阵列，可实现对多种气体的同时探测；3、本专利技术的气体传感器采用一体化制备方式，采用从底至上的方式完成传感器主体每个单元层的制备，可采用流水线方式进行制造，降低了气体传感器的生产制造成本，同时传感器的整体体积小，功耗低，非常便于地下空间分布式监测。
附图说明
[0013]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定；图1为本专利技术实施例提供的气体传感器的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的加热电极、采样电极在电极层上的形成结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的敏感层与采样电极的形成结构示意图；图中标号为：1
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电极层、2
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敏感层、3
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功能层、4
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采样电极、5
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加热电极。
实施方式
[0014]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于地下空间空气监测的气体传感器，其特征在于，包括功能层（3）、敏感层（2）、电极层（1）；在所述电极层（1）的上部形成有加热电极（5）及采样电极（4），敏感层（2）形成在电极层（1）上部并与电极层（1）上部的采样电极（4）接触，在敏感层（2）的外部形成有功能层（3）；功能层（3）能够隔绝环境中的水汽及灰尘，降低环境中湿度及空间中粉尘对敏感层（2）的影响；敏感层（2）采用不同敏感材料形成敏感单元阵列用于对目标气体的响应；电极层（1）用于采集敏感层（2）电信号，同时提供恒温加热功能。2.根据权利要求1所述的一种用于地下空间空气监测的气体传感器，其特征在于，进一步的，在功能层（3）中加入有选择性透过膜，所述选择性透过膜能够降低干扰气氛对敏感层（2）的影响。3.根据权利要求2所述的一种用于地下空间空气监测的气体传感器，其特征在于，进一步的，功能层（3）包括金属有机框架（MOF）、疏水透气膜（PVDF）、金属细网及其组合，功能层（3）的形成工艺流程优选丝网印刷、旋涂及气相沉积。4.根据权利要求1所述的一种用于地下空间空气监测的气体传感器，其特征在于，进一步的，敏感层（2）用于对目标气体的响应，为了实现对多种气体的响应，采用不同敏感材料形成敏感单元阵列，不同的敏感材料对不同的气体形成响应。5.根据权利要求4所述的一种用于地下空间空气监测的气体传感器，其特征在于，进一步的，所述敏感层（2）中敏感单元数量为4~10个。6.根据权利要求4所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：查吕应，黄帅，张瀚月，党俊虎，赵建军，刘亚姣，赵宇，熊晔，李志勇，郑峥嵘，丁扬，戴小森，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防工程研究院，
类型：发明
国别省市：