本发明属于氧化物气体传感器技术领域，具体涉及一种面向丙酮气体检测的气体传感器及其制备方法。
背景技术
研究表明，糖尿病人呼出气体中的丙酮含量高达1.8ppm，因此对于丙酮气体的高灵敏度选择性检测在糖尿病患者的健康监测方面具有重要的意义。以半导体金属氧化物为基础的气体传感器，由于其体积小、能耗低、稳定性好等优点，已被广泛的应用于工业、环境监测、食品检测等多种领域。然而由于气敏机理的限制，大多数金属氧化物气体传感器几乎对多种气体都有响应，在检测混合气体或有干扰气体存在等的情况下，很难有效识别和检测出目标组分。
发展高性能的传感器的关键在于研究出高选择性高灵敏度的敏感材料。根据相关文献调研发现，丙酮分子能够在fe2o3材料表面发生催化氧化反应，并且可以通过晶面、空穴等调控来提升该催化反应的专一选择性程度。因此有望以此制备的fe2o3材料作为敏感体来制备气体传感器，从而实现对呼气中丙酮气体的高效检测。
尽管如此，传感器的性能还极大的受制于制备工艺，尤其是敏感膜层的厚度等参数。因此，获取适合厚度、均匀分布的敏感膜对于提升性能是十分有必要的。
技术实现要素：
本发明的目的就在于为了克服现有技术中存在的上述缺陷，提供了一种一种面向丙酮气体检测的气体传感器及其制备方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种面向丙酮气体检测的气体传感器，该气体传感器以fe2o3材料作为气体敏感材料，通过旋涂的方法涂抹在陶瓷管电极上，实现对浓度为1ppm的丙酮气体的高选择性检测。
上述单个丙酮气体监测的气体传感器均采用旋涂的方法进行制备，具体步骤为：
a．取5-100mg的fe2o3材料均匀分散到1-50ml的有机溶剂中；
b．取一定体积步骤a中所述的分散好的fe2o3敏感材料，滴在n个陶瓷管的表面上，然后将陶瓷管连接在一个可以转动的轴上，转轴一边转动，有机溶剂一边挥发，直至完全挥发，fe2o3敏感材料就可以均匀地沉积在陶瓷管表面，形成一层气敏膜；不同陶瓷管上滴加不同次数的fe2o3分散液，获得多个具有不同厚度fe2o3敏感膜的传感器。
c．在步骤b中所述的每个陶瓷管表面的两端分别镶上一对金电极，然后再分别焊接一根铂丝作为引线，引线需与气敏膜接触，在陶瓷管中穿过一根加热丝，两根导线分别与测量电路连接，加热丝与加热电路连接，传感器在200-350°c下工作，电阻阻值在5-500kω。
d.测试不同膜厚气体传感器的丙酮性能，并以此选出性能最佳的气体传感器，用于低浓度(1ppm)丙酮的检测。
上述技术方案中，所述fe2o3材料的结构形貌为纳米粒子、纳米线、纳米带、纳米管、纳米立方体、花状微球中的一种或者多种。
上述技术方案中，所述制备方法采用的有机溶剂为乙醇、甲醇、丙酮、乙腈、甲苯、乙二醇、正己烷、丁酮中的一种或多种混合物。
上述技术方案中，所述气体传感器制备过程转动轴的转速为10-200r/min。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，可以达到以下有益效果：
1、从材料与目标气体的相互作用出发，利用纳米形貌结构的fe2o3材料作为气体敏感材料，使得响应特征更加明显，实现了对低浓度丙酮气体的检测；
2、利用旋转动作完成fe2o3敏感材料在陶瓷管表面的均匀涂抹，优化了气敏膜厚度，改善了针对目标气体丙酮的选择性响应程度。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明，其中：
图1为本发明所述fe2o3纳米线的扫描电子显微图像；
图2为本发明第一种实施例中气体传感器测试1ppm丙酮气体的响应曲线；
图3为本发明所述fe2o3微球的扫描电子显微图像；
图4为本发明第二种实施例中气体传感器测试1ppm丙酮气体的响应曲线。
具体实施方式
本发明公开的单个气体传感器均采用fe2o3材料作为敏感膜，fe2o3材料的结构形貌可以为纳米粒子、纳米线、纳米带、纳米管、纳米立方体、花状微球中的一种或者多种，各个传感器中传感膜的厚度各不相同，对丙酮气体响应不同，以此来优化传感器的丙酮敏感性能，实现对低浓度(1ppm)丙酮气体的高灵敏度检测。
单个丙酮气体监测的气体传感器均采用旋涂的方法进行制备，具体步骤为：
步骤一：取5-100mg的fe2o3敏感材料均匀分散到1-50ml的有机溶剂中，该有机溶剂可以为乙醇、甲醇、丙酮、乙腈、甲苯、乙二醇、正己烷、、丁酮中的一种或多种混合物；
步骤二：取一定体积步骤一中所述的分散好的fe2o3敏感材料，滴在n个陶瓷管的表面上，陶瓷管以10-200r/min转速绕轴向自转，使fe2o3敏感材料分散液均匀旋涂在其表面，直至有机溶剂完全挥发，构成一层fe2o3敏感膜；不同陶瓷管上滴加不同次数的fe2o3分散液，获得多个具有不同厚度fe2o3敏感膜的传感器；
步骤三：传感器在200-350℃下工作，电阻阻值在5-500kω；
步骤四：测试不同膜厚气体传感器的丙酮性能，并以此选出性能最佳的气体传感器，用于低浓度(1ppm)丙酮的检测。
实施例1：
1）将10mg的fe2o3纳米线通过超声均匀分散到20ml的乙醇中，fe2o3纳米线的形貌结构如图1所示；
2）取5μl分散好的fe2o3纳米线乙醇溶液，滴在1个镶有金电极的陶瓷管表面上，陶瓷管以20r/min转速绕轴向自转，使fe2o3纳米线分散液均匀旋涂在其表面，直至有机溶剂完全挥发，构成一层半导体fe2o3气敏膜；不同陶瓷管上滴加不同次数的5μl半导体fe2o3纳米线分散液，获得具有不同厚度的fe2o3气敏膜n只传感器；
3）传感器在200-350°c下工作，电阻阻值在5-500kω；
定义传感器的响应值为s=ra/rg，其中ra为传感器在空气中的电阻，rg为传感器在待测气体中的电阻。
对上述制备的n只气体传感器进行丙酮响应性能测试，并以此优化出性能最好的气体传感器。敏感体在旋涂10次左右，对丙酮响应是最好的。糖尿病患者呼出气体中的丙酮气体含量高于1.8ppm，而正常人呼气中丙酮气体含量一般低于1ppm。因此要求传感器的识别能力在1ppm以下。如图2所示，经过优化膜厚后的传感器对1ppm丙酮气体具有较高的响应值，能够实现对糖尿病患者的健康检测。
实施例2：
1）将5mg的fe2o3微球通过超声均匀分散到5ml的乙醇中，fe2o3微球的形貌结构如图3所示；
2）取5μl分散好的fe2o3微米球乙醇溶液，滴在1个镶有金电极的陶瓷管表面上，陶瓷管以10r/min转速绕轴向自转，使fe2o3微米球分散液均匀旋涂在其表面，直至有机溶剂完全挥发，构成一层半导体fe2o3气敏膜；不同陶瓷管上滴加不同次数的10μl半导体fe2o3纳米线分散液，获得具有不同厚度的fe2o3气敏膜n只传感器；
3）传感器在200-350°c下工作，电阻阻值在5-500kω；
定义传感器的响应值为s=ra/rg，其中ra为传感器在空气中的电阻，rg为传感器在待测气体中的电阻。
对上述制备的n只气体传感器进行丙酮响应性能测试，并以此优化出性能最好的气体传感器。敏感体在旋涂6次左右，对丙酮响应是最好的。糖尿病患者呼出气体中的丙酮气体含量高于1.8ppm，而正常人呼气中丙酮气体含量一般低于1ppm。因此要求传感器的识别能力在1ppm以下。如图4所示，经过优化膜厚后的传感器对1ppm丙酮气体具有较高的响应值，能够实现对糖尿病患者的健康检测。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。