专利名称：偏锡酸锌酒敏元件的制作的制作方法
技术领域：
本发明属气体检测元器件技术领域。
人类的各种生产及生活都离不开一定的气氛环境，气氛的状态对人类的生产及各种活动有着重大的影响，检测各种气氛状态对人类的生产和生活活动有着重要的意义。
随着工农业生产和科学技术的发展，工业生产的种类和规模逐渐扩大，生产中使用和产生乙醇类气体的机会越来越多。如酒精生产和食品加工中的发酵过程就与乙酵气体有关，通过乙醇气体的检测可对发酵过程进行控制。而且乙醇气体属可燃性气体，超量泄漏到空气中可能引起火灾等事故。在生活中，人类对乙醇的接触也日益增多，如驾驶员过量饮酒，乙醇中毒常常是造成交通事故的主要原因之一。
因此，研制半导体酒敏元件，用它在生产、生活中对乙醇气体进行检测、监控，采取适当的预防措施，及时防止各种事故的发生，对于保证安全生产及生活，有利于生产和生活的正常进行，是气体检测用敏感元件制作中的重要工作之一。
检测乙醇浓度的一般方法，有电化学法，光学法，电学法等多种方法。利用半导体气敏元件来检测乙醇气体浓度，是目前较方便的一种方法，但使用现行的半导体气敏元件检测乙醇气体浓度，因气敏元件同时对几种气体都敏感，因而，选择性较差，对乙醇气体的灵敏度不够高，可靠性也不够好，给专门检测乙醇气体带来不便。
本发明的目的是研制一种专门对乙醇较为敏感的半导体元件，克服现行气敏元件对乙醇气体选择性不够好的缺点。利用本发明制成的偏锡酸锌酒敏元件，对乙醇气体有较好的选择性，且是敏度高，从而解决了现行气敏元件对乙醇气体选择性较差，灵敏度不高等问题。
本发明经中国专利局文献检索服务部专利文献检索，未发现相同的制作工艺及元件。
本发明的材料制作工艺是采用化学方法合成偏锡酸锌(ZnSnO3)其方法是以锌盐(Ⅱ)和锡盐(Ⅳ)作为基本原料，在氨性环境(PH＝12-13)共沉淀得Zn[Sn(OH)6]，总反应为
该沉淀物在一定温度下加热使之脱水，可制得偏锡酸锌(ZnSnO3)。
具体步骤是在40℃±0.5℃下，配制浓度为0.3M-0.7M范围内的锌盐溶液，如05M的ZSO4溶液或05M的ZnCL2溶液，将配制的溶液搅拌，缓慢滴入氨水后出现氢氧化锌白色的沉淀，继续滴加氨水使沉淀完全溶解为白色透明后再滴加过量氨水，其溶液形成锌氨络离子，其反应为
使上述溶液控制在25℃-50℃的范围内，在不断搅拌下缓缓加入与锌盐溶液同体积的等摩尔浓度的四价锡盐溶液，如0.5M的SnCL4溶液，而生成白色沉淀Zn[Sn(OH)6]↓，其反应可表示为
将所含沉淀物的溶液，在上面指定的温度下陈化约半小时后，反复将沉淀过滤，洗涤，直至滤液中不含杂离子为止。然后将此白色沉淀在90℃左右进行干燥2～3小时，然后放入铂坩锅中(或石英舟内) ℃/分的升温速率加热到600℃左右，并恒温1～6小时，即可制得偏锡酸锌(ZnSnO3)，其反应为
本发明的元件制作可采用直热式、旁热式或厚膜型等结构和烧结工艺。其制作过程是按一定的配方在偏锡酸锌材料中加入适量的三氧化二铝(AL2O3)、昆明陶瓷粉、酸洗石棉、锡粉等敏感材料、助催化材料、半导化材料等，为降低元件的电阻，还可掺入一定的锑粉或锑盐等。
将上述材料配好后，用球磨机或玛瑙研钵研磨数小时至数十小时，使其磨细后，用离子交换水和有机溶剂调成糊状，涂在制有电极的瓷管(或瓷片)上，制成旁热式(或厚膜型)元件。如涂在置有螺旋状电极的模具中，可制成直热式元件。
将涂敷敏感材料后的管芯，经室温下自然干燥后，放入烧结炉中，以1～5℃/分的升温速率烧结，烧结温度为680℃～850℃，当温度达到要求温度时，可在此温度下继续恒温5～60分钟，之后取出置于室温下自然冷却，即制成偏锌酸锌酒敏元件的管芯。然后再将管芯焊接在底座上，将元件插入专用的老化台通电老化，时间为100小时以上，从而改善器件的性能，增加稳定性，陶汰不合格品。
对老化后的器件进行各项参数测量，将测试合格的管芯，用100目不锈钢网封好，即制成合格的偏锡酸锌酒敏元件。
本发明元件制作的配方采用偏锡酸锌(ZnSnO3)100%;昆明陶瓷粉3～7%(主要成份为SiO2);三氧化二铝(AL2O3)1～2%;酸洗石棉1～2%;锡粉5～20%;还可掺入05～15%的锑粉或锑盐(四氯化锑)。具体实施例子为取偏锡酸锌(ZnSnO3)2000克，昆明瓷粉0.140克，酸洗石棉0.050克，锡粉0.400克，将上述材料用玛瑙研钵磨细后，用1%的聚乙烯醇水溶液调成糊状，涂在置有螺旋状电极的模具中，制成直热式元件，将该元件按下述工艺烧结室温-690℃以前，以1～4℃/分速率升温，在690℃-710℃时，恒温2～3小时，在710～800℃时，以1～2℃/分速率升温，当达到最高温度800℃时，将管芯从烧结炉中取出，于室温下自然冷却，再将该管芯焊在底座上，将管芯通电老化，时间为120小时。对老化后的管芯进行参数测量后，用100目不锈钢网封好，即制成合格的偏锡酸锌酒敏元件。
图(1)为根据实施例子制备而得的一个中等质量的元件的β-C曲线。由曲线看出，元件对氢、水煤气、丁烷、液化石油气等不敏感，对气油的灵敏度也较低，这表明元件对酒精有较高的选择性。对于较好的元件，在浓度为100PPM时，其选择性指标α＝ (△V酒)/(△V气) 可高达30以上。一般的可达7～8。从而解决了一般气敏元件对乙醇、气油等气体同时敏感的问题。
应用本发明制成的偏锡酸锌酒敏元件，加上一定的电路等可制成各种酒敏检测仪器，广泛运用于与乙醇接触的生产及生活中，产生较好的经济及社会效益。
权利要求
1.一种酒敏元件的制作工艺，其特征在于由偏锡酸锌(ZnSnO3)为基体，添加其它物质，按照一定的烧结工艺制作元件。
2.按照权利要求1所述的酒敏元件制作工艺，其特征在于所述的配方为偏锡酸锌占100%昆明陶瓷粉3～7%三氧化二铝1～2%酸洗石棉1～2%锡粉5～20%
3.按照权利要求1所述的酒敏元件制作工艺，其特征在于所述的烧结工艺是摄氏690度以前，以1～4度/分升温，摄氏690～710度时，恒温2～3小时。摄氏710度～800度时，以1～2度/分升温。最高温度为800度，达到最高温度时，从炉中取出，在温下自然冷却。
全文摘要
一种酒敏元件制作方法，以偏锡酸锌为基体，加上其它原料，按一定的配方，根据一定的加温、恒温等烧结工艺制成偏锡酸锌酒敏元件。利用本发明制成的酒敏元件，对乙醇气体具有较好的选择性，且灵敏度高。从而解决了现行一般气敏元件对乙醇气体选择性较差，灵敏度不高等问题。
文档编号A01G31/02GK1038567SQ89102299
公开日1990年1月10日 申请日期1989年4月13日 优先权日1989年4月13日
发明者吴兴惠 申请人:云南大学