专利名称：一种基于二氧化钛纳米管阵列的室温甲醛气体传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于电子气敏器件技术领域，涉及到一种基于二氧化钛纳米管阵列的室温甲醛气体传感器。
背景技术：
甲醛是一种对身体健康有着很大危害的有机挥发物，因此开发出价格低廉的便携 式甲醛气体传感器一直是传感器领域的需求。常规的基于金属氧化物半导体敏感材料如 SnO2, W03，LaFe1^xZnxO3' NiO, Cd0_ln203and ZnO的甲醛传感器表现出良好的感应性能。但是 传感器的工作温度要求在200°C以上，大大增加对功耗的需求，对传感器的便携使用极为不 利。二氧化钛纳米管由于其具有高比表面积、高深宽比和尺寸依赖效应等特性，近年来越来 越受到人们的关注。在气体传感器应用方面，人们已经研究基于二氧化钛纳米管对氢气， 低含量氧气以及湿度的感应性能。针对常规金属氧化物半导体甲醛传感器功耗高的问题， 本发明利用二氧化钛纳米管的优异的物理化学性能性能，开发了在室温下工作的甲醛传感 器，该传感器对能耗要求低，对常见的空气中的干扰气体比如乙醇和氨气有着良好的选择 性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于二氧化钛纳米管阵列的室温甲醛气体传感器。要解 决的技术问题是利用具有高比表面积的二氧化钛纳米管阵列，实现在室温下及在其他两种 干扰气体中检测微量甲醛含量。本发明的技术方案是首先制备以二氧化钛纳米管阵列为敏感元素的甲醛传感器， 利用电化学阳极氧化的方法在金属钛基板上生长二氧化钛纳米管阵列。然后，在制备的二 氧化钛纳米管阵列上，利用丝网印刷的方法制作两条平行并列的金属电极，作为传感器的 两个电极，获得最终的甲醛传感器。传感器的工作温度在15-30°C范围内，工作环境的相对 湿度范围为30-90%。传感器信号是测定二氧化钛纳米管阵列的电阻值在空气和以空气为 背景的甲醛气体氛围下的变化。本发明的效果和益处是，利用具有高比表面积的二氧化钛纳米管阵列，实现了在 室温下及在其他两种干扰气体中检测微量甲醛含量，大大降低了传感器使用过程中的功 耗，提高了传感器使用的便携性。
附图1是甲醛传感器在室温下对不同浓度的甲醛随时间的电阻响应变化。图中1是传感器在空气气氛下的响应电阻变化；2是传感器在背景为空气，甲醛 浓为IOppm的气氛下的响应电阻变化；3是传感器在背景为空气，甲醛浓度为20ppm的气 氛下的响应电阻变化；4是传感器在背景为空气，甲醛浓度为30ppm的气氛下的响应电阻变 化；5是传感器在背景为空气，甲醛浓度为40ppm的气氛下的响应电阻变化；6是传感器在背景为空气，甲醛浓度为50ppm的气氛下的响应电阻变化。附图2是传感器在室温下对不同浓度的甲醛的感应性能曲线图。附图3是传感器在室温下对甲醛及两种干扰气体乙醇和氨气的感应信号的对比 图。图中1是IOOOppm乙醇；2是50ppm的甲醛；3是50ppm氨气。
具体实施例方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式
。电化学阳极氧化的方法在金属钛基板上生长二氧化钛纳米管阵列。实验准备纯度 为99. 4%的工业纯钛钛金属基板，使用磨料将其制成金属镜面材料。然后进行抛光处理，用 丙酮使其脱脂、用无水乙醇进行超声破碎清洗、用去离子水清洗，每次lOmin，去除油脂，在 室温空气中吹干以备后来实验中用。在阳极氧化实验前，钛表面要经过氢氧化钠混合溶液 (0.06摩尔/L)和过氧化氢(15Wt%)的化学处理。阳极氧化实验在一个圆柱形的电化学 反应器中进行，采用两电极体系，电源为恒压直流电源，钛片为阳极，不锈钢片为阴极，保持 两电极间距离3cm。室温下，钛板在含0. 5wt%的氟化钠，0. 2mol/L的Na2SO4和一定数量的 甘油电解液中，控制实验参数在30V恒压下，进行3小时的电化学阳极氧化。经过阳极氧 化，二氧化钛纳米管在不同温度下退火(400，500和600°C ) 2小时为表征形态。然后先用无 水乙醇浸泡，再用大量去离子水冲洗样品，干燥待用。制备传感器。利用丝网印刷的方法在二氧化钛纳米管阵列表面印上两条平行的间 隔为2-3毫米银浆线，然后在150°C下热处理1个小时，获得最终的甲醛传感器。传感器的测试。将所制备传感器置于一流动空气气氛下，湿度在30-90%之间， 传感器元件的工作温度范围在15-30°C之间，然后引入不同浓度的甲醛气体分子，或者 IOOOppm的乙醇及50ppm的氨气这两种干扰气体分子。通过利用数字万用表测量传感器在 空气和在以空气为背景的不同浓度的甲醛氛围下的电阻值的变化，作为传感器的信号。附 图1给出了在室温下甲醛传感器对不同浓度的甲醛随时间的电阻响应变化，传感器的响应 时间为3-4分钟；附图2给出了甲醛传感器在室温下对不同浓度的甲醛的感应性能曲线图。 传感器的灵敏度为0. 8/ppm ；附图3给出了传感器在室温下对甲醛及两种干扰气体乙醇和 氨气的感应信号的对比图。所开发的传感器在室温下表现出良好的甲醛感应性能及对乙醇 和氨气的选择性能。
权利要求
1. 一种基于二氧化钛纳米管阵列的室温甲醛气体传感器，其特征是二氧化钛纳米管阵 列为敏感元素，在二氧化钛纳米管阵列上制作两条平行并列的金属电极；传感器的工作温 度在15-30°C范围内，工作环境的相对湿度范围为30-90% ；传感器信号是测定二氧化钛纳 米管阵列的电阻值在空气和以空气为背景的甲醛气体氛围下的变化。
全文摘要
一种基于二氧化钛纳米管阵列的室温甲醛气体传感器，属于电子气敏器件技术领域。其特征是二氧化钛纳米管阵列为敏感元素，在二氧化钛纳米管阵列上制作两条平行并列的金属电极；传感器的工作温度在15-30℃范围内，工作环境的相对湿度范围为30-90％；传感器信号是测定二氧化钛纳米管阵列的电阻值在空气和以空气为背景的甲醛气体氛围下的变化。本发明的效果和益处是，利用具有高比表面积的二氧化钛纳米管阵列，实现了在室温下及在其他两种干扰气体中检测微量甲醛含量，大大降低了传感器使用过程中的功耗，提高了传感器使用的便携性。
文档编号G01N27/12GK102062750SQ201010567118
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月22日 优先权日2010年11月22日
发明者余隽, 吴健, 唐祯安, 孙芳洁, 李春燕, 李晓干, 王兢, 闫卫平, 黄正兴 申请人:大连理工大学