专利名称：以定向碳纳米管层作为气敏层的气敏传感器的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种电导型气敏传感器，特别涉及一种以定向碳纳米管层作为气敏层的气敏传感器的制造方法。
背景技术：
通常氧化物半导体型气敏传感器是利用待测气体分子与气敏传感器的气敏层表面发生化学吸附脱附反应导致气敏传感器电导率变化来检测待测气体分子的存在的。为了提高气敏传感器的灵敏度和选择性必须在一定的环境温度下才能工作，通常该温度为300℃以上，在室温条件下，现有的氧化物半导体型气敏传感器是无法工作的，该常用的气敏传感器须设置一个加热器，有的还需添加催化剂，才能使该型气敏传感器有足够的灵敏度。其缺陷是由于高温的存在，容易使叉指电极和气敏层老化，缩短气敏传感器的使用寿命，对于用于测定易燃易爆的苯系气体的气敏传感器而言，有加热器存在，则存在安全隐患，而且给该型气敏传感器微型化、集成化造成困难。此外，还有导电高分子聚合物气敏传感器，可在常温下工作，但其寿命不长，工作稳定性也不够理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以定向碳纳米管层作为气敏层的气敏传感器的制造方法，检测易燃易爆的苯系气体分子的存在及其浓度，可在室温下工作，消除安全隐患，且气敏传感器的性能远优于带加热器的气敏传感器。
一种以定向碳纳米管层作为气敏层的气敏传感器的制造方法，包括在铝质底板上制成绝缘层，叉指金电极以及气敏层，其特征在于该方法采用如下步骤A)铝质底板1表面经阳极氧化处理后形成具有预定大小的纵向微孔的三氧化二铝层作为绝缘层2；B)用浓度为60g/l的CoSO4·7H2O溶液和浓度为3.5g/l的H3BO3溶液配成电解液，控制其配比，使电解液的PH值为3.1～3.7，采用电化学法将Co纳米粒子沉积在Al2O3绝缘层上的纵向微孔底部；C)采用真空溅射技术在微孔底部沉积有Co纳米粒子的绝缘层2上制成叉指金电极3；D)在650℃～680℃下，在微孔底部沉积有Co纳米粒子的绝缘层2上未被叉指金电极覆盖的部分，采用CVD法定向生成碳纳米管层为气敏层4；三氧化二铝层上的纵向微孔其孔径为50～60nm，孔距为100～120nm，孔深为2μm，绝缘层2上的定向碳纳米管气敏层的厚度小于1μm。
同现有技术比较，本发明具有如下突出优点1)纵向微孔的孔径、间距及孔深尺寸对碳纳米管生长质量有直接影响，在铝表面作阳极氧化处理时可对纵向微孔参数进行优选；2)以定向碳纳米管层作为气敏层可显著优化苯系气体的响应特性，提高其灵敏度，如可检测浓度为10PPM甲苯气体的存在，且稳定性好，可恢复性强；3)采用剂量适中、均匀分散的Co纳米粒子作为催化剂，可以保证定向碳纳米管可控生长；4)本传感器可在常温下工作，无需设置加热器，无安全隐患，有利于实现电导型气敏传感器的微型化、集成化。
图1为本发明的以定向碳纳米管层作为气敏层的气敏传感器的结构示意图。
图2为叉指金电极结构图。
图3为本传感器中的定向碳纳米管的电镜显示图。
图4为室温下电极对甲苯气体的响应曲线图。
具体实施例方式
实施例1一种以定向碳纳米管层作为气敏层的气敏传感器的制造方法，铝质底板1表面经阳极氧化处理后形成具有预定大小的纵向微孔的三氧化二铝层作为绝缘层2；用浓度为60g/l的CoSO4·7H2O溶液和浓度为3.5g/l的H3BO3溶液配成电解液，控制其配比，使电解液的PH值为3.1，采用电化学方法将Co纳米粒子沉积在绝缘层上的纵向微孔底部；采用真空溅射技术在微孔底部沉积有Co纳米粒子的绝缘层2上制成叉指金电极3；在650℃下，采用CVD法在微孔底部沉积有Co纳米粒子的绝缘层2上定向生成碳纳米管层作为气敏层4，三氧化二铝层上的纵向微孔其孔径为50nm，孔距为100nm，孔深为2μm，绝缘层2上的定向碳纳米管气敏层的厚度小于1μm。
实施例2一种以定向碳纳米管层作为气敏层的气敏传感器的制造方法，铝质底板1表面经阳极氧化处理后形成具有预定大小的纵向微孔的三氧化二铝层作为绝缘层2；用浓度为60g/l的CoSO4·7H2O溶液和浓度为3.5g/l的H3BO3溶液配成电解液，控制其配比，使电解液的PH值为3.7，采用电化学法将Co纳米粒子沉积在绝缘层上的纵向微孔底部；采用真空溅射技术在微孔底部沉积有Co纳米粒子的绝缘层2上制成叉指金电极3；在680℃下，采用CVD法在微孔底部沉积有Co纳米粒子的绝缘层2上定向生成碳纳米管层作为气敏层4，三氧化二铝层上的纵向微孔其孔径为60nm，孔距为120nm，孔深为2μm，绝缘层2上的定向碳纳米管气敏层的厚度小于1μm。
应用本气敏传感器，对不同浓度的甲苯气体进行检测，检测结果示于图4，图中横坐标为时间(秒)，纵坐标为电流(10-3)，A处为空气的起点，可见，本传感器能测到的甲苯气体浓度为10ppm，优于常用的气敏传感器。
权利要求
1.一种以定向碳纳米管层作为气敏层的气敏传感器的制造方法，包括在铝质底板上制成绝缘层，叉指金电极以及气敏层，其特征在于该方法采用如下步骤A)铝质底板(1)表面经阳极氧化处理后形成具有预定大小的纵向微孔的三氧化二铝层作为绝缘层(2)；B)用浓度为60g/l的CoSO4·7H2O溶液和浓度为3.5g/l的H3BO3溶液配成电解液，控制其配比，使电解液的PH值为3.1～3.7，采用电化学法将Co纳米粒子沉积在Al2O3绝缘层上的纵向微孔底部；C)采用真空溅射技术在微孔底部沉积有Co纳米粒子的绝缘层(2)上制成叉指金电极(3)；D)在650℃～680℃下，在微孔底部沉积有Co纳米粒子的绝缘层(2)上未被叉指金电极覆盖的部分，采用CVD法定向生成碳纳米管层为气敏层(4)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于三氧化二铝层上的纵向微孔其孔径为50～60nm，孔距为100～120nm，孔深为2μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于定向碳纳米管气敏层的厚度小于1μm。
全文摘要
一种以定向碳纳米管层作为气敏层的气敏传感器的制造方法，其特征在于A)铝质底板表面经阳极氧化处理后形成具有预定大小的纵向微孔的Al
文档编号G01N27/00GK1648648SQ20051004928
公开日2005年8月3日 申请日期2005年1月31日 优先权日2005年1月31日
发明者陈裕泉, 潘敏, 张孝彬, 郭淼 申请人:浙江大学