专利名称：一种甲醛气体传感器的制作方法
技术领域：
本发明提供了一种气体传感器，特别是指一种甲醛气体传感器。
背景技术：
刨花板、密度板等人造板材，胶粘剂、墙纸等装修材料，化纤纺织品、消毒剂等日常生活用品都会散发出甲醛，液化石油气等石化燃料不完全燃烧也会释放出甲醛，因此在空气中会存在一定的甲醛，超过一定浓度的甲醛会对人体造成伤害(我国的国家室内空气质量标准中规定甲醛最高允许浓度为0. 08mg/m3)。为保证人身安全，就需要对空气中的甲醛浓度进行检测。以前的监测方法是先现场采样，再进行室内分析，这种监测方法操作繁琐、测定时间长，不能满足现场大批测定的监测需求。 发明专利CN101349669A公开了 一种在现场即可对甲醛浓度进行检测的甲醛气体传感器，其包含一基板、一电极层及一气体感测层，该基板由绝缘材料制成，该电极层设置于该基板的一侧，该气体感测层至少由氧化镍(NiO)制成，该气体感测层设置于该电极层的一侧，使该电极层介于该基板及气体感测层之间，该气体感测层的厚度介于0. 3至0. 52iim，电极层包含一个用于催化气体的感测电极组及一个用于加热该气体感测层的加热电极组。加热电极组将气体感测层加热到一定温度，甲醛气体传感器才能对甲醛气体进行监测。 上述甲醛气体传感器具有下述缺点一、加热电极组必须将气体感测层加热到很高的温度(300摄氏度)，甲醛气体传感器才能进行正常监测。这样会消耗很多能量，造成能源浪费。二、空气中的其他气体会影响甲醛传感器检测结果的准确性。空气中的酒精(C2H50H)成分经感测电极组也会发生氧化反应，生成电流信号，导致检测到的甲醛浓度高于空气中甲醛浓度。空气中的氨气会占据感测电极组的活性位，降低传感器的灵敏度，导致检测到的甲醛浓度低于室内空气中甲醛浓度。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种甲醛气体传感器，其在常温下就能对甲醛气体进行检测，而且减少空气中其他气体的影响，检测结果更准确。 本发明提供的一种甲醛气体传感器，包括进气外壳101、过滤层107、支撑外壳102、膜电极复合体104、工作电极引线105A和对电极引线105B，其中， 支撑外壳102和可嵌入其中的进气外壳101构成一个中空的闭合外壳，对置于其中的膜电极复合体104进行支撑，进气外壳101的外部设置过滤层107，其允许甲醛气体进入进气外壳101的进气口 ； 膜电极复合体104包括固态电解质和分别设置在固态电解质两侧的由贵金属催化剂制成的工作电极和对电极，工作电极引线105A与工作电极连接，对电极引线105B与对电极连接。 由上可知，采用上述技术方案的甲醛气体传感器，在常温下就能对甲醛气体进行空气中其他气体的影响，检测结果更准确。 其中，所述过滤层107由分子筛、活性炭或炭纸中的一种或几种制成。 由上可知，由分子筛、活性炭或炭纸中的一种或几种制成的过滤层107可以有效
阻止杂质气体的进入，减少杂质气体对检 其中，所述贵金属催化剂为铂、钯、铑、金、银、钌中的一种或几种。 由上可知，贵金属催化剂铂、钯、铑、银、金、钌在室温下，对甲醛具有较佳的催化活性。 较佳的，所述固态电解质采用质子交换膜。 由上可知，质子交换膜体积小，采用质子交换膜作为固态电解质可以减小甲醛传感器的体积。 其中，所述质子交换膜为强酸处理过的全氟磺酸质子交换膜。 由上可知，全氟磺酸质子交换膜具有转换效率高的优点，固态电解质采用全氟磺酸质子交换膜，可以减少甲醛气体传感器的响应时间。且强酸处理过的全氟磺酸质子交换膜不易受外界湿度变化的影响，可降低相对湿度对甲醛传感器输出信号的干扰，提高甲醛传感器输出信号的准确性。 其中，所述全氟磺酸质子交换膜的酸浓度为40 75%。 由上可知，酸浓度为40 75%的全氟硫磺质子交换膜，能更好的降低相对湿度对甲醛传感器输出信号的干扰，提高甲醛传感器输出信号的准确性。 较佳的，还包括设置在膜电极复合体104的两侧的第一多孔垫片103A和第二多孔垫片103B。 由上可知，在膜电极复合体104的两侧设置第一多孔垫片103A和第二多孔垫片103B，可以使第一电极引线105A与工作电极固定及紧密的接触，有利于电荷传递。
其中，还包括引线固定件106，用于将工作电极引线105A和对电极引线105B的引出端固定在支撑外壳102内。 由上可知，由引线固定件106将第一电极弓I线105A和第二电极弓|线105B的引出端固定在支撑外壳102上，可以对第一电极引线105A和第二电极引线105B起到保护作用，使甲醛气体传感器不易损坏。 其中，所述进气外壳IOI的进气口为网格型多孔进气口。
由上可知，采用网格型多孔进气口有利于甲醛气体扩散进入。
图1为本发明甲醛气体传感器的结构示意 图2为膜电极复合体的结构原理 图3为本发明甲醛气体传感器的主视图； 图4为本发明甲醛气体传感器的主视图的A-A方向剖视示意 图5本发明甲醛气体传感器的主视图的B-B方向剖视示意图。
具体实施例方式
图l为本发明甲醛气体传感器的结构示意图，如图l所示，本发明提供的甲醛气体
4传感器包括进气外壳101、过滤层107、支撑外壳102、第一多孔垫片103A、第二多孔垫片103B、膜电极复合体104、工作电极引线105A、对电极引线105B和引线固定件106，其中，
进气外壳101采用网格型多孔进气口结构，采用这种结构有利于甲醛气体扩散进入。 进气外壳101的外部设置过滤层107，用于过滤空气中的酒精、氨气等气体。该过滤层107可以由只允许甲醛气体通过的分子筛制成。减少杂质气体对检测的干扰，可以保证甲醛传感器检测结果的更加准确。 支撑外壳102和嵌入其中的进气外壳101构成一个中空的外壳整体，其用于对置于其中的其他部件起到支撑保护作用，参见图3所示。 膜电极复合体104设置在支撑外壳102和进气外壳101构成的外壳整体中，膜电极复合体104包括工作电极、固态电解质和对电极，如图2所示。本例中采用全氟磺酸质子交换膜作为固态电解质，全氟磺酸质子交换膜具有体积小、转换效率高等优点。本例中采用浸渍还原法在全氟磺酸质子交换膜上镀铂(Pt)，以在全氟磺酸质子交换膜的两个面分别形成电阻为1 30欧姆，最好是5 7欧姆的工作电极和对电极。铂对甲醛有较高的催化活性，其在常温下就可以催化甲醛发生脱氢反应，因此由铂形成的工作电极不需要加热就可以工作，这样就减少了加热装置，不仅降低了传感器的制造成本，而且节约了因加热部分而使用能源。 第一多孔垫片103A和第二多孔垫片103B设置在膜电极复合体104的两侧，第一
多孔垫片103A用于使甲醛气体充分、均匀的与工作电极接触，第二多孔垫片103B用于使空
气充分、均匀的与对电极接触，提高传感器的响应时间以及输出信号的稳定性。 第一多孔垫片103A还用于使工作电极引线105A与工作电极固定及紧密的接触，
第二多孔垫片103B还用于使对电极引线105B与对电极固定及紧密的接触，有利于电荷传递。 参考图4和图5所示的剖视图，工作电极和第一多孔垫片103A之间设置由铂制成的工作电极引线105A，电极引线的一端与工作电极连接，另一端引出；对电极和第二多孔垫片103B之间设置由铂制成的对电极引线105B，电极引线的一端与工作电极连接，另一端引出。 引线固定件106用于将工作电极引线105A和对电极引线105B的引出端固定在支撑外壳102内。 下面对本发明提供的甲醛气体传感器的工作原理进行介绍。 甲醛气体经进气外壳101的进气口进入甲醛气体传感器后与工作电极接触，在工作电极的催化作用下，甲醛发生脱氢反应，产生质子(H+)和电子(e—)，化学反应方程式所示如下，HCHO+H20 — C02+4H++4e—。 质子(H+)通过全氟磺酸质子交换膜传导到对电极，到达对电极的质子(H+)与空气中的氧气(02)反应生成水0120)，化学反应方程式所示如下，02+411++46—— 2H20。
因工作电极的水浓度较低，生成的水从水浓度高的对电极迁移到工作电极。
由上可知，总的化学反应方程式HCHO+02 — C02+H20 工作电极上的电子通过工作电极引线105A、外部电路和对电极引线105B传导到对电极，电子的流动产生电流，根据工作电极和对电极之间的电流信号的强弱可以检测甲
5醛气体的浓度。 本发明提供的甲醛传感器制作成本低廉、响应时间短、灵敏度高，可在室温下检测0 0. 5ppm浓度范围内的甲醛。 空气的相对湿度对甲醛传感器的检测具有一定的影响。通常，当空气的相对湿度< 25%时，相对湿度越小甲醛传感器的检测结果的相对误差越大；当相对湿度> 75%，相对湿度越大甲醛传感器的检测结果的相对误差越大。 为减小空气的相对湿度对甲醛传感器的检测结果的影响，可以使用硫酸、磷酸或
硝酸等对全氟磺酸质子交换膜进行酸处理。由于酸具有保水性，在酸到达一定浓度后，酸的
湿度不易受外界湿度变化的影响，酸浓度为40 75%的全氟磺酸质子交换膜可降低相对
湿度对甲醛传感器输出信号的干扰，提高甲醛传感器输出信号的准确性。 本发明中的工作电极和对电极也可以由在固态电解质上镀覆其它贵金属，如钯、
金等形成。工作电极引线105A和对电极引线105B也可以有其他金属制成，例如银、铜。过
滤层107也可以由炭纸、活性炭等多孔材料制成。
权利要求
一种甲醛气体传感器，其特征在于，包括进气外壳(101)、过滤层(107)、支撑外壳(102)、膜电极复合体(104)、工作电极引线(105A)和对电极引线(105B)，其中，支撑外壳(102)和可嵌入其中的进气外壳(101)构成一个中空的闭合外壳，对置于其中的膜电极复合体(104)进行支撑，进气外壳(101)的外部设置过滤层(107)，其允许甲醛气体进入进气外壳(101)的进气口；膜电极复合体(104)包括固态电解质和分别设置在固态电解质两侧的由贵金属催化剂制成的工作电极和对电极，工作电极引线(105A)与工作电极连接，对电极引线(105B)与对电极连接。
2. 根据权利要求l所述的甲醛气体传感器，其特征在于，所述过滤层(107)由分子筛、活性炭或炭纸中的一种或几种制成。
3. 根据权利要求2所述的甲醛气体传感器，其特征在于，所述贵金属催化剂为铂、钯、铑、金、银、钌中的一种或几种。
4. 根据权利要求3所述的甲醛气体传感器，其特征在于，所述固态电解质采用质子交换膜。
5. 根据权利要求4所述的甲醛气体传感器，其特征在于，所述质子交换膜为强酸处理过的全氟磺酸质子交换膜。
6. 根据权利要求5所述的甲醛气体传感器，其特征在于，所述全氟磺酸质子交换膜的酸浓度为40 75%。
7. 根据权利要求1所述的甲醛气体传感器，其特征在于，还包括设置在膜电极复合体(104)的两侧的第一多孔垫片(103A)和第二多孔垫片(103B)。
8. 根据权利要求l所述的甲醛气体传感器，其特征在于，还包括引线固定件(106)，用于将工作电极引线(105A)和对电极引线(105B)的引出端固定在支撑外壳(102)内。
9. 根据权利要求l所述的甲醛气体传感器，其特征在于，所述进气外壳(101)的进气口为网格型多孔进气口。
全文摘要
本发明提供了一种甲醛气体传感器，包括进气外壳、过滤层、支撑外壳、膜电极复合体、工作电极引线和对电极引线，其中，支撑外壳和可嵌入其中的进气外壳构成一个中空的闭合外壳，对置于其中的膜电极复合体进行支撑，进气外壳的外部设置过滤层，其允许甲醛气体进入进气外壳的进气口；膜电极复合体包括固态电解质和分别设置在固态电解质两侧的由贵金属催化剂制成的工作电极和对电极，工作电极引线与工作电极连接，对电极引线与对电极连接。该甲醛气体传感器在常温下就能对甲醛气体进行检测，而且减少空气中其他气体的影响，检测结果更加准确。
文档编号G01N27/407GK101776640SQ201010104419
公开日2010年7月14日 申请日期2010年2月1日 优先权日2010年2月1日
发明者刘东方, 姜风, 马晓聪 申请人:北京亚都空气污染治理技术有限公司