一种具有气体检测功能的真空环网柜及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环网柜领域，更具体涉及一种具有气体检测功能的真空环网柜及其制作方法。
【背景技术】
[0002]环网柜是一组输配电气设备装在金属或非金属绝缘柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备，核心部分采用负荷开关和熔断器，广泛应用于住宅小区、高层建筑、工厂企业等公共场所。
[0003]然而，现有真空环网柜一般不具有气体检测功能，当真空环网柜所处环境气体氛围为危险性气体时，会对人员、设备等造成安全隐患。
【发明内容】
[0004]基于【背景技术】存在的问题，本发明提供一种具有气体检测功能的真空环网柜及其制作方法，其特征在于，在真空环网柜的外部安装气体检测模块，该气体检测模块基于有机电致发光气体传感器器件，将有机电致发光器件和气体传感器结合。
[0005]该气体检测模块通过以下技术方案实现:
[0006]—种基于有机电致发光的气体传感器，其由如下方法制作而成:
[0007]有机电致发光气体传感器制备工艺涉及薄膜技术及薄膜处理工艺等，主要包括有机小分子或高分子聚合物等的有机薄膜的制备、金属电极的制备和器件封装等工艺；
[0008]具体流程为:导电塑料ITO-PET表面清洗及处理一基片置于真空腔一真空蒸镀有机层一蒸镀金属电极一封装或测试。
[0009]1.导电塑料ITO-PET清洗
[0010]首先，切割特定尺寸的ΙΤ0-ΡΕΤ，用专用洗涤剂和无尘布对ITO-PET基片进行搓洗，以去除基片上的各种油污物，然后依次放入复合生物酶液(可选)，去离子水、丙酮、乙醇中，各超声15min;然后，用高纯氮气吹干ITO-PET，使乙醇蒸发，然后放入预处理腔中，持续通入高纯氧气，用等离子体轰击基片5min ；
[0011 ]所述复合生物酶的成分为:碱性蛋白酶0.2-0.5g/L，纤维素酶0.9-1.3g/L，多酚氧化酶0.05g/L，其余为去离子水；
[0012]利用生物膜预处理后，会显著增加气体传感器的敏感度。
[0013]2.多孔结构YSZ制备
[0014]a)称取适量的Ni(NC>3)2.6Η2Ο和去尚子水放入烧杯中充分溶解，在磁力搅拌的作用下用分液漏斗缓慢滴入氨水，使之充分反应，滴定完毕后80°C水浴Ih得到悬浊液，经离心机分离得到沉淀物，然后放入箱式炉中300°C保温5h即可得到黑色的N1粉末；
[0015]b)称取YSZ和N1粉末，按质量比5:6放入球磨机中，再加入一定量的分散剂和乙醇，使之充分混合，得到YSZ浆料；
[0016]c)将YSZ浆料采用丝网印刷技术涂覆在导电塑料ITO-PET表面，厚度为2μπι，放入烘干箱中烘干；
[0017]3.有机薄膜蒸镀
[0018]a)把待蒸发的有机材料(Alq3、CuPc)放入相应的蒸发舟中，并用掩膜挡住；
[0019]b)把烘干后的导电塑料基片从预处理腔传送到有机腔，将基片置于有机腔内的样品托上，对准有机束源；
[0020]c)对有机腔进行抽真空，当真空达到所需数值时，调节蒸发炉温控仪，增加蒸发温度，对材料进行加热，条件合适后，依次蒸镀有机材料Alq3、CuPc，控制蒸镀速率与时间，使之厚度分别为2.5μηι、2μηι ；
[0021]4.丝网状金属阴极制备
[0022]当各种有机薄膜蒸镀完毕后，将基片取出，覆盖丝网状电极掩模版，随后将基片送入金属蒸镀室，抽真空使气压保持在1.5 X 10—3，进行金属电极的蒸镀，调节电流，使Cr: Al的蒸镀比例为8:1，得到厚度为3μπι的Cr:Al电极；
[0023]器件测试数据:
[0024]器件制作完成后，使用探测器件发光亮度的亮度计探测器件发光亮度，使用半导体测试系统测试器件电流-电压特性。经检测，该器件对NO2等气体具有气敏响应特性，该气体能够增大器件的发光亮度;工作电压为20V时，发光亮度为16 cd/m2，随NO2等含氮气体浓度增加，发光亮度增加。
[0025]本发明的有益之处在于:
[0026]本发明从有机电致发光的气体传感器的组件材料，制作工艺，结构等多方面进行了创造性的优化设计，在多种因素的协同作用下，达到了出乎意料的灵敏度，可以检测痕量二氧化氮，载流子迀移率为大于9.8X 10—2cm2/V.s，响应速度快，恢复时间短，可以100%恢复;具有很大的市场前景。
【附图说明】
[0027]图1为真空环网柜10结构示意图，在真空环网柜柜体的外部安装气体检测模块20。
[0028]图2为气体检测模块20的器件结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]气体传感器是涉及物理、化学、材料、电子技术等多学科的高新技术。气体传感器是指将待测气体种类或浓度转换为与其有一定规律和关系的输出电气信号的器件或装置。气体传感器在生产生活中有着广泛的应用和重要价值。在工业生产中，可以用来检测天然气、氢气、氧气等易燃易爆气体;在民用方面，可以用来检测汽车尾气等有害气体。
[0030]气体传感器按气敏材料和敏感机理不同，可以分为:半导体型、接触燃烧型、固体的电解质型、电化学型等气体传感器。
[0031]固体电解质中导电离子可以为阳离子也可以是阴离子，其主要是由材料本身的缺陷决定的。
[0032]稳定氧化锆/钇稳定氧化锆(YSZ)是最有用的一种固体电解质，常温下，氧化锆(Zr02)是一种单斜晶体，离子导电率很低，当掺杂入适量的二价或三价立方对称氧化物(Y203、Mg0、Ca0、Sc203)对其进行处理，可以表现出离子导电性，具有高的氧离子导电率、优异的化学稳定性、以及热稳定性和机械性，在固体氧化物燃料电池和气体传感器领域已被广泛应用。
[0033]有机电致发光现象及相应的研究始于上世纪60年代，有机电致发光经过多年的发展，已逐渐向产业化发展，国际上，尤其以日本、美国研究较活跃。有机电致发光器件具有主动发光、响应速度快、视角宽、成本低等特点。
[0034]有机电致发光器件的基本结构是由一薄而透明半导体性质的ITO为正极与金属阴极如同三明治般将有机材料层包夹其中，有机材料一般包括空穴传输层、发光层和电子传输层。其是一种注入式的发光器件，从阳极注入的空穴和从阴极注入的电子在发光层中相遇形成激子，激子复合发生辐射式的跃迀，即达到有机材料的发光。
[0035]有机电致发光气体传感器包括气体传感薄膜部分与有机电致发光部分。
[0036]气体传感器的敏感薄膜对待测气体分子是一个复杂的过程，其中包括对气体分子的物理吸附与化学吸附。这其中理论方面可以用晶界势皇模型、空间电荷模型、氧化还原模型等解释。
[0037]有机电致发光过程可以简单描述为:在外加电压的作用下，阴极和阳极的电子和空穴克服电极和有机材料之间的载流子势皇后，注入到有机层且在其中传输，它们在发光层相遇后复合释放能量，并将能量传递给有机发光材料分子，发光材料分子获得能量后会从基态激发到激发态，其从激发态跃迀回基态或能量较低的状态时便会发出光亮。
[0038]本方案基于有机电致发光气体传感器器件，将有机电致发光器件和气体传感器结入口 ο
[0039]本技术发明的设计主要出于对以下几点的考虑:
[0040]综合考虑有机电致发光器件材料和气体传感器气敏材料及相关材料性能:
[0041](I)实验采用8-羟基喹啉铝(Alq3)作为器件的发光材料兼电子传输材料，基于如下考虑:a)Alq3是一种稳定的金属配位化合物，介于有机物和无机物之间，本身具有电子传输特性;b) Alq3具有良好的成膜性、高的玻璃化转变温度和良好的化学稳定性;c) Alq3发射绿光，相较于红光和蓝光来说亮度较高；
[0042](2)采用柔性导电塑料ITO-PET做为基底，其具有柔软、可弯曲、重量轻和成本低等特点，且有利于大规模生产；
[0043](3)采用多孔结构YSZ材料为空穴传输层，提高空穴传输率；
[0044](4)采用微加工工艺制备丝网状Cr:Ag电极，增大了待测气体与气敏材料接触面积，进而增大了其对气体浓度、种类的敏感度。
[0045]为研究出具备有机电致发光性能的气体传感器，制备了结构为=ITO-PET/多孔YSZ/Alq3/酞菁铜(CuPC)/Cr:Ag的器件，结构如附图所示；
[0046]该器件在外加电压作用下，空穴从ITO注入经YSZ空穴传输层传输到发光层Alq3中，电子经Cr:Ag电极注入经CuPc层传输到Alq3层中，电子与空穴复合，有机电致发光材料Alq3会发出绿光；当器件周围气体环境发生变化后，比如NO2浓度增大，CuPc吸附的气体分子的浓度随之变化，导致其电导率发生变化，最后引起发光层Alq3发光效率的变化，即器件通过发光层的发光效率检测所在环境气体浓度。
[0047]图1为真空环网柜10结构示意图，在真空环网柜柜体的外部安装气体检测模块20。
[0048]图2为气体检测模块20的器件结构示意图。
[0049]实施例1:
[0050]—种具有气体检测功能的真空环网柜，其特征在于，在真空环网柜柜体的外部安装气体检测模块，该气体检测模块由如下方法制作而成:
[0051]具体流程为:导电塑料ITO-PET表面清洗及处理一基片置于真空腔一真空蒸镀有机层一蒸镀金属电极一封装或测试。
[0052]1.导电塑料ITO-PET清洗
[0053]首先，切割特定尺寸的ΙΤ0-ΡΕΤ，用专用洗涤剂和无尘布对ITO-PET基片进行搓洗，以去