氧化物半导体常温氧传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种常温氧化物半导体氧传感器，由绝缘体基体，金属电极、引出电极组成，其特征在于：在绝缘体基体上有2-10个金属电极，2-10个引出电极分别与2-10个金属电极电连接，在金属电极之间区域覆涂有氧化物半导体氧气敏感涂层，其中氧化物半导体氧气敏感涂层的成分为具有氧敏特性的氧化物半导体电子材料，包括氧化镍（NiO,Ni2O3）、氧化钛（TiO2）、氧化锌（ZnO）、氧化锡（SnO2,SnO）；所述的氧化物半导体材料在器件中以亚微米或纳米粉末的形态存在。本发明专利技术涉及的常温氧传感器具有制备工艺技术简单，适合于大规模生产制备，测量精度及灵敏度较高的特点，通过采用适当的电子学测量技术可以实现更高的检验灵敏度，可以在常温下工作，操作简单，使用方便，可以大范围地推广到民用领域，为保护人民群众的健康提供有益的帮助。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及一种氧化物半导体常温氧传感器，属于一种感知和测量环境中氧气含量(浓度)的氧气传感器，用于气体感知的电子材料和器件。
技术介绍
人类生活环境中的氧气含量或浓度，对于人们的身心健康具有重要意义。人体的正常新陈代谢，尤其是大脑、心脏、及其它脏器生命机能的维持，都离不开取自周围空气环境中达到一定含量标准的氧气。随着现代科学技术的进步，人们在利用空气温度调节系统控制周围生活环境的温度方面，已经取得了可喜的成就。然而，空调系统在封闭环境中恒温控制带来的舒适温度，实际上是以牺牲健康来换取的。在封闭环境中，为了恒定空气温度， 降低能耗，环境中的空气无论是在家用空调系统还是在中央空调系统中通常都是被循环使用。其结果无疑是使空气中的氧含量逐步降低。由于人体的自我调节和自适应能力，人们通常并不感知周围环境中氧气含量的降低，直到空气乏氧对人体造成不可逆转的伤害。同时，随着近年来工业化发展，各种工业生产排放造成的环境污染和二氧化碳等温室气体的排放，同样对周围环境中的空气质量(氧气含量)造成一定程度的影响。对于气体环境中氧气含量的测量，迄今为止主要是实施于工业化应用环境中，例如目前广泛使用于汽车工业的氧传感器用于检测发动机排放尾气中的氧含量，由此确定发动机的燃烧效率，以及使用于各种化学工业制造环境中和某些工矿企业的氧传感器，用于检测各种化学气氛或自然环境中的氧气含量。上述氧传感器主要分为两种类型，其中一种是利用氧化锆、氧化钛等金属氧化物与其它化合物材料构成的双层或多层结构构成的氧气浓度感知器件。这类氧传感器的测量原理基本是利用不同材料在高温条件下形成的化学电位差随器件两侧氧气浓度差的变化而变化的机理，来指示环境中的氧气含量。汽车工业中广泛使用的氧传感器属于这一类。这类氧传感器的优点是响应速度较快，适用于检测高速运转的发动机短时间内排放气体成分的变化。但其缺点是这类传感器需要在400-600°C的高温环境下工作，且其测量精度不高，通常只能给出环境中是富氧、少氧、和贫氧的区别。同时，这类氧传感器的制备工艺复杂，成本偏高，并不适用于广泛的民用。另一类氧传感器为电化学型气体浓度感知器件。其测量原理为构成器件的不同固态、液态电解质具有不同的电化学电位差。这种电位差随气固界面、气液界面化学组分的变化会产生相应的变化。利用这种电化学电位差的变化即可以指示与器件表面接触的气体环境中氧气浓度的变化。这类电化学氧传感器具有不需要在高温条件下工作，且测量精度较前一类氧传感器高的优点。但其缺点是相对于前一类氧传感器，这类电化学氧传感器的响应速度略慢(约在数秒至数十秒之间)；同时，环境中的其它气体成分同样会对传感器界面的电位差产生影响，从而影响测量准确性。同样，这类氧传感器的制备工艺亦较复杂，成本较高，不适于民用
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氧化物半导体常温氧传感器，构成该传感器的核心部分氧化物半导体氧气敏感材料，具有氧气敏感性，其表现为当与材料接触的环境中氧气含量 (浓度)发生变化时，材料的导电特性发生变化；其可在常温下工作，操作简单，使用方便，能及时监测人们周围环境气体中氧气浓度变化，为保护人们的健康服务。本专利技术的技术方案是这样实现的常温氧化物半导体氧传感器，由绝缘体基体，金属电极、引出电极组成，其特征在于在绝缘体基体上有2-10个金属电极，2-10个弓I出电极分别与2-10个金属电极电连接，在金属电极之间区域覆涂有氧化物半导体氧气敏感涂层， 其中氧化物半导体氧气敏感涂层的成分为具有氧敏特性的氧化物半导体电子材料，包括氧化镍(NiO，Ni203)、氧化钛(Ti02)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(Sn02，SnO)；所述的氧化物半导体材料在器件中以亚微米或纳米粉末的形态存在；所述的氧化物半导体氧气敏感涂层外覆盖有纤维质透气涂层，包括聚四氟乙烯高聚物、聚酯纤维、聚氨酯纤维或碳纤维；所述的传感器在常温条件下工作，该传感器件对周围环境氧气含量感知、测量，过程中不需要对其加热或其它温度处理；所述的绝缘体基体采用现有绝缘材料制成片状、管状、柱状；所述的氧化物半导体氧气敏感涂层电子材料为氧化镍(NiO，Ni2O3)时，氧化镍(NiO)纳米粉与乙基纤维素按6 4至7 :3的比例，加水或酒精混合调成糊状，浆料覆涂于金属电极之间，经自然干燥后，在400 - 450°C的温度下烘烤4-6小时形成均勻、连续的涂层；所述的氧化物半导体氧气敏感涂层电子材料为氧化钛(TiO2)时，纳米粉与乙基纤维素按6 4至7 :3的比例用水或酒精混合成糊状，浆料均勻地覆涂于金属电极之间，经自然干燥后，在500 - 550°C的温度下烘烤4-6小时形成均勻、连续的涂层；所述的氧化物半导体氧气敏感涂层电子材料为氧化锡(SnO2)时，纳米粉与乙基纤维素按6 :4至7 :3的比例用水或酒精混合成糊状，浆料均勻地覆涂于金属电极之间，经自然干燥后，在400 - 450°C的温度下烘烤4-6小时形成均勻、连续的涂层。所述的氧化物半导体氧气敏感涂层直接暴露于被测量空气环境中或用纤维质涂层覆盖；与该氧气敏感涂层连接、接触、用于测量该氧化物半导体氧气敏感涂层电信号变化的电极结构、形状和数目不受限制。本专利技术的积极效果是所述的常温氧传感器具有测量原理清晰简明，制备工艺技术简单，适合于大规模生产制备，测量精度及灵敏度较高的特点，通过采用适当的电子学测量技术可以实现更高的检验灵敏度；同时，该传感器可以在常温下工作，操作简单，使用方便，可以大范围地推广到民用领域，为保护人民群众的健康提供有益的帮助。附图说明图1为本专利技术一个实施例的氧含量传感器结构图。图2为利用本专利技术所提供的氧含量传感器对环境空气氧含量进行测量的电路原理图。图3为本专利技术一个实施例氧化镍氧传感器对环境空气中氧含量敏感的响应曲线。图4为本专利技术另一实施例氧化钛氧传感器对环境空气中氧含量敏感的响应曲线。图5为本专利技术又一实施例氧化锡氧传感器对环境空气中氧含量敏感的响应曲线。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明如图1所示，常温氧化物半导体氧传感器，由绝缘体基体，金属电极、引出电极组成，其特征在于在绝缘体基体上有2-10个金属电极，2-10个引出电极分别与2-10个金属电极电连接，在金属电极之间区域覆涂有氧化物半导体氧气敏感涂层，其中氧化物半导体氧气敏感涂层的成分为具有氧敏特性的氧化物半导体电子材料，包括氧化镍(NiO，Ni203)、氧化钛(Ti02)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2, SnO)； 所述的氧化物半导体材料在器件中以亚微米或纳米粉末的形态存在；所述的氧化物半导体氧气敏感涂层外覆盖有纤维质透气涂层，包括聚四氟乙烯高聚物、聚酯纤维、聚氨酯纤维或碳纤维；所述的传感器在常温条件下工作，该传感器件对周围环境氧气含量感知、测量，过程中不需要对其加热或其它温度处理；所述的绝缘体基体1采用现有绝缘材料制成片状、 管状、柱状；所述的氧化物半导体氧气敏感涂层电子材料为氧化镍(NiO，Ni2O3)时，氧化镍 (NiO)纳米粉与乙基纤维素按6 4至7 :3的比例，加水或酒精混合调成糊状，浆料覆涂于金属电极2之间，经自然干燥后，在400 - 450°C的温度下烘烤4-6小时形成均勻、连续的涂层；所述的氧化物半导体氧气敏感涂层电子材料为氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　常温氧化物半导体氧传感器，由绝缘体基体，金属电极、引出电极组成，其特征在于：在绝缘体基体上有２－１０个金属电极，２－１０个引出电极分别与２－１０个金属电极电连接，在金属电极之间区域覆涂有氧化物半导体氧气敏感涂层，其中氧化物半导体氧气敏感涂层的成分为具有氧敏特性的氧化物半导体电子材料，包括氧化镍（ＮｉＯ，Ｎｉ２Ｏ３）、氧化钛（ＴｉＯ２）、氧化锌（ＺｎＯ）、氧化锡（ＳｎＯ２，　ＳｎＯ）；所述的氧化物半导体材料在器件中以亚微米或纳米粉末的形态存在。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李楠，
申请(专利权)人：李学中，
类型：发明
国别省市：82