一种高性阻抗式氮氧化物气体传感器的制作方法

本实用新型属于电子元器件技术领域，尤其涉及一种高性阻抗式氮氧化物气体传感器。

背景技术：

石墨烯、过渡金属二硫族化合物和黑磷等二维材料的出现推动了电子、光学和化学气体传感器装置的快速发展。除过渡金属二硫族化合物外，过渡金属三硫化物等一类纳米材料由于其电子特性（从绝缘体到金属导电性，用于能源应用以及光学和电子器件）而引起了研究人员的关注。

特别是，三硫化钽具有高导电性和层状晶体结构，其单胞由s-ta-s夹心层以长纳米纤维形式生长而成，并且具有高储能能力。更早的研究已经揭示了三硫化钽中有趣的物理现象，例如电荷密度波的形成和传播，伴随着金属对半导体的转变。

具备高灵敏度和高选择性的气体传感器对于现代社会的许多方面非常重要，特别是氮氧化物（nox）的检测。no和no2是与燃烧产生的有毒气体，会导致环境和人类健康问题。而且，氮氧化物又与水反应生成亚硝酸（hno2）和硝酸（hno3）.从而形成酸雨，对植物，水生动物和基础设施造成有害影响。由于这些原因，环境机构已经对这些污染物的排放进行了控制，以确保它们不超过50ppb。

现有技术中采用的氮氧化物传感器具有多种形式，例如中国专利cn201510376504.8公开了一种氮氧化物传感器芯片及其制备方法。其技术方案是：采用丝网印刷方式分次将加热电阻(1)、氮氧化物浓差电池(2)和stf氧敏电阻(3)中的各元件用对应的浆料印刷在氧化铝基片(4)的表面，每次印刷后采用相应的工艺进行烧结，制得氮氧化物传感器芯片。本发明制备的氮氧化物传感器芯片与现有技术相比，具有制备简单和成本低的特点，所制备的氮氧化物传感器芯片测量效果好和能同时测量氮氧化物含量和氧含量。

又如，中国专利cn200410046921.8公开了一种氮氧化物传感器，在氮氧化物传感器本体(1)表面涂覆有薄膜(2)，其薄膜的配方按重量比计是：三氧化钨∶二氧化硅=(100-90)∶(0-10)。本发明是一种对二氧化氮气体具有良好的响应性、选择性、检测灵敏度高，检测下限低，响应-恢复快，稳定性好，工作温度低的氮氧化物传感器，其制作工艺简便。

从现有技术中传感器的耐用性、灵敏度以及生产成本的角度来看，需要高灵敏度和低成本的氮氧化物气体检测传感器。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种高性阻抗式氮氧化物气体传感器。使用长度超过几百微米的三硫化钽纳米纤维，制备了高选择性的阻抗式气体传感器。

具体的，本实用新型提供了如下具体技术方案。

首先，本实用新型提供了一种高性阻抗式氮氧化物气体传感器，该氮氧化物气体传感器包括基材层、三硫化钽纳米纤维层、印刷电极层及阻抗检测设备，所述三硫化钽纳米纤维层连续地附着在基材层上，所述印刷电极层包括第一印刷电极和第二印刷电极，所述第一印刷电极和所述第二印刷电极分别设置于所述三硫化钽纳米纤维层的不同位置，所述第一印刷电极和所述第二印刷电极分别通过导线与所述阻抗检测设备电性连接。

根据应用场合的需求，所述基材层为刚性基材层或柔性基材层。

具体的，为降低生产成本，所述基材层为纸质基材层或聚酯基材层。

为简化生产流程，所述三硫化钽纳米纤维层为长条形，所述第一印刷电极和所述第二印刷电极位于长条形三硫化钽纳米纤维层的两相对边上。

为提高传感器灵敏度，可选的，所述三硫化钽纳米纤维层为圆形，所述第一印刷电极呈圆形位于三硫化钽纳米纤维层的圆心处，所述第二印刷电极呈圆环形，与所述第一印刷电极同心且间隔设置。

优选的，所述印刷电极层为银电极层，所述第一印刷电极和所述第二印刷电极均为银电极。

为提高灵敏度和耐用性，所述三硫化钽纳米纤维层中的三硫化钽纤维长度大于等于100微米。

相比于现有技术，本实用新型提供的技术方案具有如下技术效果。

首先，基于三硫化钽纳米纤维的no气体传感器显示出高灵敏度和选择性。使用纸张和聚酯作为基底的阻抗式气体传感器的检测限值分别为6.5ppb和0.42ppb，分别比环境机构规定的允许值低7倍（纸张）和100倍（聚酯）。

其次，在暴露给n2、co2、苯和水汽后，基于纸张和聚酯的阻抗式气体传感器均未显示任何阻抗响应，显示出良好的选择性。

再次，将三硫化钽纳米纤维附着到基材（例如纸、聚酯）上，并且将ag墨水涂布在纤维上。然后在0.1hz至100khz的频率范围内施加±10mv振幅的正弦电位调制来进行阻抗测量。在生产过程上和调整参数矫正方面，成本极低。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种高性阻抗式氮氧化物气体传感器的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

参照图1，本实用新型提供了一种高性阻抗式氮氧化物气体传感器，该氮氧化物气体传感器包括基材层1、三硫化钽纳米纤维层2、印刷电极层及阻抗检测设备5。

三硫化钽纳米纤维层2中的三硫化钽纤维长度大于等于100微米，连续地附着在基材层1上，印刷电极层包括第一印刷电极3和第二印刷电极4，第一印刷电极3和第二印刷电极4分别设置于三硫化钽纳米纤维层2的不同位置，第一印刷电极3和第二印刷电极4分别通过导线与阻抗检测设备5电性连接。

具体的，基材层为柔性基材层，可以为纸质基材层或聚酯基材层。第一印刷电极和第二印刷电极均为银电极

三硫化钽纳米纤维层为长条形，第一印刷电极和第二印刷电极位于长条形三硫化钽纳米纤维层的两相对边上。

实施例2

实施例2中提供的技术方案与实施例1的技术方案基本相同，不同的是，为提高传感器灵敏度，三硫化钽纳米纤维层为圆形，第一印刷电极呈圆形位于三硫化钽纳米纤维层的圆心处，第二印刷电极呈圆环形，与第一印刷电极同心且间隔设置。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。