检测室内有机气体的材料及用该材料制备气敏元件的方法技术

本发明专利技术涉及一种检测室内有机气体的材料及用该材料制备气敏元件的方法，所述材料由ＳｎＯ↓［２］基体材料、硝酸银、硝酸镉组成，其各组分的重量百分含量为：硝酸银：３％－８％；硝酸镉：４％－１１％其余部分为ＳｎＯ↓［２］基体材料。采用该敏感材料制备的检测室内有机气体的气敏元器件，可检测室内装修后残留的微量有机气体，具有较好敏感信号的特点，可大大降低对有机气体的检测极限浓度，而且元件体积小，有利于微型化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属氧化物半导体气敏元件
，具体涉及检测室内有机 气体的敏感材料及用该材料制备气敏元件的方法。
技术介绍
随着人们生活水平提高，室内装修变得越来越普遍，但是，随之而来的室 内有机气体污染(醛类、苯类气体)不得不引起人们的重视。例如居室装饰材 料和家具中的胶合板、纤维板、等人造板材中含有大量以醛类为主的有机挥发性物质，各类油漆、涂料中都含有苯类添加剂。有机污染问题严重威胁人体健 康，引起人们的高度关注，有机气体含量已成为当今居室污染监测的一项重要 安全指标。由于微小的有机气体含量足以使人中毒，致癌等，所以要求气敏元件能够 检测室内有机气体的极限浓度非常低。虽然研究者们针对有机气体气敏材料的 开发做了大量的研究，但是目前所开发的气敏材料的检测极限仍然与室内有机气体检测标准相差甚远，如目前对曱醛的检测极限为20毫克/立方米，这与目 前规定的室内曱醛检测标准0.08毫克/立方米有一定差距。因此如何提高气敏 元件的灵敏度，特别是在如何降低探测室内有机气体时所达到的极限浓度，即 在低浓度环境下放大气敏元件的敏感信号，有着迫切的需求。中国专利CN1431491公开了一种低功耗化学气体传感器芯片、传感器及其 制备方法，该专利技术采用微电子工艺制造技术，在玻璃芯片上制成了化学传感器 芯片，主要特征为，芯片的敏感电极形状为叉指电极，利用该形状电极，可放 大微电流敏感信号，提高灵敏度，但叉指电极的电场连续性不佳，影响探测气 体时的敏感信号输出。
技术实现思路
本专利技术提供了 一种检测室内有机气体的敏感材料及用该材料制备气敏元件的方法，采用本专利技术所述的敏感材料制作的气敏元件，可检测室内装修,后残留 的微量的有机气体，可降低对有机气体的检测极限浓度，具有较高的敏感信号， 有检测灵敏、结果准确、快速的优点。另外，本专利技术还有气敏元件的体积小， 有利于微型化的特点。本专利技术的技术方案如下才企测室内有机气体的壽丈感材料由Sn02基体材料、硝酸《艮、硝酸镉组成，其 各组分的重量百分含量为 硝酸银3°/「8%; 滩酸镉 -11% 其余部分为Sn02基体材料。制备检测室内有机气体的敏感材料的方法，有以下步骤1 )将SnCl4 . 5H20配置成0. lmol/L的溶液，按1: 4的摩尔比将SnC丄4溶液 与柠檬酸混合，至酸完全溶解后得到透明溶胶；2 )用氨水调整溶月交的PH=8-10,升温至8(TC形成白色乳浊液，洗涤至溶液 中无Cl—;3) 8G。C低溫真空干燥，得到干凝胶，研磨，得到粉末状固态Sn02基体材料；4) 按照检测室内有机气体的敏感材料组成的比例将固态硝酸银和固态硝酸 镉加入到Sn02基体材料中，80-IO(TC干燥后，在45(TC烧结1-2h得到检测室内 有机气体的敏感材料。检测室内有机气体的气敏元件包括氧化铝陶瓷基片，以及烧结在氧化铝陶瓷 基片上的检测室内有机气体的敏感材料、沉积在敏感材料上的双螺微旋电极和 两个测试电才及。所述烧结在氧化铝陶瓷基片上的检测室内有机气体的敏感材料的厚度为 0. lmm-O. 5mm。所述双螺旋为电极的材料为纯金，螺旋电极间距为100 jli m。 所述两个侧测试电极的材料为纯金，长度为200[Hiiii,两测试电极之间的 间距为3000 )im。敏感材料上沉积电极的总面积为6 jum2。制备检测室内有机气体的气敏元件的方法，有以下步骤(1) 在烧结有权利要求1所述的敏感材料的氧化铝陶瓷基片上，采用磁控賊 射法沉积一层厚度为l-5jam铬膜，然后再沉积一层厚度为10-15 jum金膜；(2) 敏感材料的表面上涂敷厚度约为lmm的光刻月交；(3) 制作双螺旋敏感微电极掩膜，利用紫外光光刻电极图形，将掩膜中双螺 旋敏感微电极图形外的光刻胶去掉，在基片表面留下掩膜底下覆盖有光刻胶的部分；(4) 先后将基片上的金膜与铬膜刻蚀，将覆盖有光刻胶的部位上面的金属膜 留在基片上，在基片表面形成双螺旋敏感微电极以及基片两端的测试电极，所 述双螺旋敏感微电极的两端分别与基片两端的测试电极连接；(5) 剥离光刻胶后，得到检测室内有机气体的气敏元件。 氧化铝陶瓷基片的厚度为2-4毫米。本专利技术所用试剂均采用市售的分析纯试剂。本专利技术采用静态配气法对此气敏元件进行检测，在工作温度为IO(TC下，测 试其对甲醛、乙醇、曱苯、丙酮等四种有机气体的敏感性能，其中，对10毫克 /立方米的甲醛气体，灵敏度为12;对10毫克/立方米的乙醇气体，灵敏度为 20;对10毫克/立方米的曱苯气体，灵敏度为5;对20毫克/立方米的丙酮气体， 灵敏度为16。本专利技术的优点与积极效果本专利技术的气敏元器件，采用了具有双螺旋敏感 微电极结构的氧化铝陶资作为气敏元件基片，能够克服叉指电极尺寸和电场连 续性方面的缺点，具有电场连续，扩散电流特性优异、电极面积小等优势。用 本专利技术所述气敏元件检测室内有机气体时，所述气敏元件可显著放大敏感材料 在探测气体时的微电流，即放大对探测气体的敏感信号，大大降低对有机气体 的检测极限的浓度要求。采用普敏型敏感材料Sn02作为基底材料，掺杂特定金 属离子Ag+和Cd2+，使得该敏材料对有机气体具有较好的敏感性，特别是对室内 装修后残留的醛类、苯类气体的敏感性能较好。将该敏感材料烧结在具有双螺旋敏感微电极结构的基片上形成的气敏元件，能够检测极其微量的室内装修有 机污染气体，具有较高的敏感信号，而且所述气敏元件体积小，有利于微型化。 本专利技术气敏元件中的双螺旋敏感微电极与传统的叉指电极相比较，在电极 数目及电极间距相同的情况下，所占面积更小。附图说明图1是本专利技术气敏元件的制作流程图； 图2是本专利技术的气4^丈元件的结构示意图中，1-敏感材料，2-双螺旋敏感微电极，3-测试电极，4-氧化铝陶资基片。具体实施例方式实施例11. 将SnCl4 . 5H20配置成0. lmol/L的溶液，按1: 4的摩尔比取0. lLSnCl4 溶液与8. 4g柠檬酸混合，至酸完全溶解后得到透明溶胶。滴加7. 6ml氨水至溶 胶PH-8，升温至8(TC形成白色乳浊液，经过抽滤，洗涤沉淀无残余Cr后(以 AgN03溶液检测)，在真空干燥箱内以80。C低温干燥得到干凝胶，经玛瑙研磨后 得到1. 5g粉末状固态Sn02基体材料，将0. 05g固态硝酸银和0. 06g固态硝酸镉 加入到Sn02中，混匀，放入马弗炉中80-IO(TC干燥后，在450。C烧结1-2h得到 1. 6g敏感材料。2. 制备检测室内有机气体的气敏元件的方法以下步骤(参见图1):(1) 取厚度为2-4毫米的氧化铝陶瓷基片，在氧化铝陶瓷基片上烧结上述敏 感材料，敏感材料的厚度为0. 2,。采用磁控溅射法在敏感材料上沉积一层厚度 为1-5jam铬膜，然后在铬膜上再沉积一层厚度为10-15/am金膜；(2) 利用匀胶机在金膜的表面上涂敷一层厚度约为lmm的光刻胶；(3) 制作双螺旋敏感微电极掩膜。利用计算机软件CAD设计出双螺旋敏感微 电极图形，后将图形做成菲林打印出来得到双螺旋敏感微电极掩膜胶片，将制 作好的双螺旋敏感微电极掩膜胶片覆盖在基片的光刻胶表面，利用紫外光光刻 电极图形。将掩膜中双螺旋敏感微电极图形外的光刻胶去掉，由于掩膜遮挡紫 外光，基片表面最后只剩下掩膜底下覆盖有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测室内有机气体的敏感材料，其特征在于：所述敏感材料由ＳｎＯ↓［２］基体材料、硝酸银、硝酸镉组成，其各组分的重量百分含量为：　硝酸银：３％－８％；　硝酸镉：４％－１１％　其余部分为ＳｎＯ↓［２］基体材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天模，曾文，王金星，雷晓飞，袁晗琦，秦文勇，刘建忠，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]