一种实现高灵敏气体检测的微生物肥料检测系统的制作方法
【专利摘要】本申请涉及一种实现高灵敏气体检测的微生物肥料检测系统，该微生物肥料检测系统安装有CO气体传感器，所述CO气体传感器包括Si基底、形成于所述Si基底上的氧化硅薄膜、置于所述氧化硅薄膜上的W膜、形成于W膜上的WO3纳米线薄膜、覆于WO3纳米线薄膜上的SnO2纳米薄膜、在SnO2纳米薄膜上制作的两个Pt电极和位于所述Si基底上的加热模块。该微生物肥料检测系统对CO气体的灵敏度高，响应时间短，重复性及稳定性均较佳。
【专利说明】
一种实现高灵敏气体检测的微生物肥料检测系统
技术领域
[0001]本申请涉及肥料领域，尤其涉及一种实现高灵敏气体检测的微生物肥料检测系统。【背景技术】
[0002]微生物肥料是以微生物的生命活动导致作物得到特定肥料的一种制品，一般为有机物，是农业生产中使用肥料的一种。
[0003]由于微生物的生命活动过程中，其对有机物的作用会代谢产生一定量的气体，比如C0等，对其过程产生气体的检测可以判断肥料的质量，然而，现有微生物肥料检测系统一般不具备气体检测能力。
【发明内容】
[0004]为克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种实现高灵敏气体检测的微生物肥料检测系统。
[0005]本发明通过以下技术方案实现:一种实现高灵敏气体检测的微生物肥料检测系统，该微生物肥料检测系统安装有C0气体传感器;所述C0气体传感器包括Si基底、形成于所述Si基底上的氧化硅薄膜、置于所述氧化硅薄膜上的W膜、形成于W膜上的W03纳米线薄膜、 覆于W〇3纳米线薄膜上的Sn〇2纳米薄膜、在Sn〇2纳米薄膜上制作的两个Pt电极和位于所述Si 基底下方的加热模块;所述W03纳米线长度为500?2000nm。
[0006]优选地，C0气体传感器的制备方法包括如下步骤:
[0007]步骤一，准备Si基底:
[0008]取一定尺寸(5cmX 5cm)的硅片，依次经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，超声时间均为30min，然后在将硅片放入氧化炉中，1100 °C下热氧化，在硅片表面得到一层厚度约 600nm的氧化娃薄膜；
[0009]步骤二，制备W〇3纳米线薄膜:
[0010]将经步骤一热氧化的硅片放入磁控派射仪中，抽真空至2.0X1(T3以下，然后利用磁控溅射技术，在氧化硅表面镀一层W膜，以作为W03纳米线的生长源，磁控溅射功率为 300W，W膜的厚度为300nm，大小为3cm X 3cm;[〇〇11]然后将硅片放入管式炉中，在常压下，通入2〇SCCm的Ar气，先稳定lh，排出管式炉内的空气，接下来加热管式炉以10°C/min的速率升温至380°C，并保温6h，保温完毕让其自然冷却，待降到室温后取出硅片，在硅片的W膜表面得到一层W03纳米线薄膜；[0〇12] 步骤三，制备Sn02纳米薄膜:
[0013] 首先，准备100ml去离子水，称取5g SnCl4 ? 5H20溶于去离子水，随后添加0.3g柠檬酸，加热溶液到53°C，在磁力搅拌下，加入0.5mol/L的氨水至pH值为3，制得Sn(0H)4沉淀物， 沉淀静置15h，经过多次洗涤去除氯离子；然后称取7g Ti02纳米粒子，与沉淀混合研磨 0.5h，形成混合物沉淀，将混合物沉淀加热至63°C，加入饱和草酸中回溶，直到沉淀完全溶解，得到透明的Sn02溶胶，将10ml饱和聚乙二醇作为表面活性剂加入到透明溶胶中，并放入烘箱90°C烘干20h，得到511〇2凝胶前驱体，将该511〇2凝胶前驱体在580°C下焙烧1.5h，得到掺杂Ti〇2纳米粒子的Sn〇2纳米粉末；
[0014]使用松油醇与Sn02纳米粉末混合，配制成为Sn02浆料，并采用丝网印刷的方法将 Sn02浆料涂覆在硅片的W03纳米线薄膜区域，Sn02浆料厚度为2_，随后将硅片在100°C下烘干5min，在W〇3纳米线薄膜区域填充一层Sn〇2纳米薄膜；
[0015]步骤四，制备Pt电极:
[0016]该传感器电极采用Pt电极，利用磁控溅射结合模板法在Sn02浆料表面制作两个Pt 电极；所述Pt电极中添加有Bi2〇3材料和MgB2材料，所述Bi2〇3材料的添加量为0.0lwt%? 0? lwt%，所述MgB2材料的添加量为0.005wt%?0.05wt%。[〇〇17] 步骤五，组装C0气体传感器:
[0018]将导线与两个Pt电极连接，在Si基底背面安装加热模块和传感器的外壳结构。
[0019]本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:
[0020](1)本申请的实施例所提供的一种实现高灵敏气体检测的微生物肥料检测系统， 其安装有C0气体传感器，而该C0气体传感器为基于Sn〇2纳米材料的电阻型C0传感器，通过 W〇3纳米线与Sn〇2纳米材料的结合，增强了 C0气体传感器对C0检测的选择性、稳定性等方面效果;C0气体传感器在W〇3纳米线薄膜基础上，涂覆一层Sn〇2纳米材料，填充于纳米线之间空隙，由于W03纳米线具有较大的比表面积，使得其与Sn02纳米材料接触面积大大增大，W03纳米线做催化剂大大提高了 Sn02对C0的灵敏度与选择性，进而提高了环境监测装置的灵敏度。
[0021](2)本申请的实施例所提供的一种实现高灵敏气体检测的微生物肥料检测系统， 由于其采用的C0气体传感器采用Sn02纳米材料由溶胶凝胶法制备，而Sn02纳米材料与气体的接触面积增大，进而提高了 S n 0 2纳米材料对气体的吸附能力，同时由于掺杂T i 0 2纳米粒子，能够促进材料表面氧离子与还原性气体C0的反应，进而提高传感器对C0的灵敏度。 [〇〇22]本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。【附图说明】[〇〇23]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
[0024]图1是本发明的微生物肥料检测系统中安装的C0气体传感器的结构示意图。其中: 01-Si基底，02-氧化硅薄膜，03-W膜，04-W03纳米线薄膜，05-Sn〇2纳米薄膜，06-Pt电极，07-加热模块。[〇〇25]图2是制备C0气体传感器流程图。【具体实施方式】
[0026]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0027]下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不只是所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此夕卜，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征值“上” 的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
[0028]在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、 “连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0029]目前，传感器技术已经成为现代科技发展的重要部分，其与计算机技术、通信技术组成现代信息技术的三大方面。基于气体检测与识别报警的气体传感器是传感器的一个重要分支。在农作物培育、饮料行业、食品工业、大气监测、工业生产等方面，传感器发挥着越来越重要的作用。
[0030]C0气体是一种对人体和环境有毒有害的气体。当人们吸入少量C0后，其极易与血液中血红素结合形成稳定的缔合物，导致血红蛋白失去输送氧气的能力，最后造成人体组织缺氧，轻者产生头痛、呕吐等症状，严重者会导致脑部受损或者死亡。
[0031]在生产生活中，C0的来源很多。在焦炭厂、炼钢厂、化工厂等，操作人员可能暴露于高浓度C0气体中，家庭燃煤取暖、终端煤气的意外泄露、火灾现场等也会产生大量C0,容易弓丨发人们的中毒事件。另外，C0同时是一种易燃易爆的气体，当空气中C0含量在12%?74% 时即可发生爆炸。
[0032]目前基于⑶气体检测的传感器主要有金属氧化物半导体型、电化学型、固体电解质型、接触燃烧型等，金属氧化物半导体型传感器具有热稳定性好、成本低、元器件制作简单等优势，已经成为研究较多的一类传感器。
[0033]锡是一种常见元素，位于周期表中IVA族，它与氧可以结合成多种氧化物，其中， Sn02是最稳定的。Sn02属于一种典型的宽禁带半导体金属氧化物，由于自身的晶体结构、表面特性和吸附特性等，Sn02在气敏传感器、太阳能电池、电化学等领域中被广泛应用。Sn02作为一种重要的气敏传感器敏感材料，具有响应灵敏、制作成本低、工艺流程简单等优点，经常被用于还原性气体的检测。[〇〇34]金属氧化物半导体型气体传感器的探测气体原理是基于敏感元件与目标气体的相互作用。金属氧化物半导体对于气体具有较强的物理或化学吸附能力，当其与空气接触时，空气中的氧会吸附于金属氧化物半导体敏感材料的表面，并与敏感材料相互作用，产生氧负离子;当接触还原性气体后，还原性气体与该敏感材料表面的氧负离子反应，导致半导体敏感材料载流子浓度变大，从而导致该敏感材料电导率变大，电阻下降，基于敏感材料电特性的变化，实现对还原性气体的检测。
[0035]金属氧化物半导体型气体传感器具有耐腐蚀、制作成本低、检测原理简单等优点， 然而，现有基于C0气体检测的金属氧化物半导体传感器仍具有选择性、稳定性较差、响应不够灵敏等问题。
[0036]实施例一:
[0037]本申请的实施例涉及一种实现高灵敏气体检测的微生物肥料检测系统，该微生物肥料检测系统安装有C0气体传感器;如图1所示，所述C0气体传感器包括Si基底(01)、形成于所述Si基底(01)上的氧化硅薄膜(02)、置于所述氧化硅薄膜(02)上的W膜(03)、形成于W 膜(03)上的W03纳米线薄膜(04)、覆于W03纳米线薄膜(04)上的Sn02纳米薄膜(05)、在Sn02纳米薄膜(05)上制作的两个Pt电极(06)和位于所述Si基底下方的加热模块(07);所述W03纳米线长度为500?2000nm〇
[0038]优选地，如图2，C0气体传感器的制备方法包括如下步骤:[〇〇39] 步骤一，准备Si基底:
[0040] 取一定尺寸(5cmX 5cm)的硅片，依次经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，超声时间均为30min，然后在将硅片放入氧化炉中，1100 °C下热氧化，在硅片表面得到一层厚度约 600nm的氧化娃薄膜；[0〇41] 步骤二，制备W〇3纳米线薄膜:
[0042]将经步骤一热氧化的硅片放入磁控溅射仪中，抽真空至2.0X1(T3以下，然后利用磁控溅射技术，在氧化硅表面镀一层W膜，以作为W03纳米线的生长源，磁控溅射功率为 300W，W膜的厚度为300nm，大小为3cm X 3cm;[〇〇43]然后将硅片放入管式炉中，在常压下，通入2〇SCCm的Ar气，先稳定lh，排出管式炉内的空气，接下来加热管式炉以10°C/min的速率升温至380°C，并保温6h，保温完毕让其自然冷却，待降到室温后取出硅片，在硅片的W膜表面得到一层W03纳米线薄膜；[〇〇44] 步骤三，制备Sn02纳米薄膜:[〇〇45] 首先，准备100ml去离子水，称取5g SnCl4 ? 5H20溶于去离子水，随后添加0.3g柠檬酸，加热溶液到53°C，在磁力搅拌下，加入0.5mol/L的氨水至pH值为3，制得Sn(0H)4沉淀物， 沉淀静置15h，经过多次洗涤去除氯离子；然后称取7g Ti02纳米粒子，与沉淀混合研磨 0.5h，形成混合物沉淀，将混合物沉淀加热至63°C，加入饱和草酸中回溶，直到沉淀完全溶解，得到透明的Sn02溶胶，将10ml饱和聚乙二醇作为表面活性剂加入到透明溶胶中，并放入烘箱90°C烘干20h，得到511〇2凝胶前驱体，将该511〇2凝胶前驱体在580°C下焙烧1.5h，得到掺杂Ti〇2纳米粒子的Sn〇2纳米粉末；
[0046]使用松油醇与Sn02纳米粉末混合，配制成为Sn02浆料，并采用丝网印刷的方法将 Sn02浆料涂覆在硅片的W03纳米线薄膜区域，Sn02浆料厚度为2_，随后将硅片在100°C下烘干5min，在W〇3纳米线薄膜区域填充一层Sn〇2纳米薄膜；[〇〇47] 步骤四，制备pt电极:[〇〇48]该传感器电极采用Pt电极，利用磁控溅射结合模板法在Sn02浆料表面制作两个Pt 电极；所述Pt电极中添加有Bi2〇3材料和MgB2材料，所述Bi2〇3材料的添加量为0.0lwt%? 0? lwt%，所述MgB2材料的添加量为0.005wt%?0.05wt%。
[0049]步骤五，组装C0气体传感器:
[0050]将导线与两个Pt电极连接，在Si基底背面安装加热模块和传感器的外壳结构。
[0051]优选地，所述C0传感器的测试系统由气体稀释系统、电化学工作站组成，可实现对最低lppm气体的检测，把制作的传感器样品放入测试腔，排出腔内空气，两个电极与外部电化学工作站连接，测试电压为10V。传感器响应值定义为:R = R0/Rg，其中R0为材料在空气中电阻，Rg为材料在特定浓度目标气体中的电阻，响应时间和恢复时间分别为响应值和恢复值达到平衡的90 %时所用的时间。通过测试发现，在⑶浓度为分别为200、500、1000、 1500ppm时，该传感器响应值对应为14、29、41、72,在H2浓度为分别为200、500、1000、 1500ppm时，该传感器响应值对应为5、9、16、24，表现较好的C0选择性;通过2000次的重复性测试，在相同浓度C0下，响应值下降为原来的93%，稳定性良好。
[0052]测试说明，安装该C0传感器的微生物肥料检测系统灵敏度高、重复性、稳定性良好，具有很大的市场应用前景。[〇〇53] 实施例二:[〇〇54]本申请的实施例涉及一种实现高灵敏气体检测的微生物肥料检测系统，该微生物肥料检测系统安装有C0气体传感器;如图1所示，所述C0气体传感器包括Si基底(01)、形成于所述Si基底(01)上的氧化硅薄膜(02)、置于所述氧化硅薄膜(02)上的W膜(03)、形成于W 膜(03)上的W03纳米线薄膜(04)、覆于W03纳米线薄膜(04)上的Sn02纳米薄膜(05)、在Sn02纳米薄膜(05)上制作的两个Pt电极(06)和位于所述Si基底下方的加热模块(07);所述W03纳米线长度为500?2000nm〇
[0055]优选地，如图2，C0气体传感器的制备方法包括如下步骤:[〇〇56] 步骤一，准备Si基底:[〇〇57] 取一定尺寸(5cmX 5cm)的硅片，依次经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，超声时间均为30min，然后在将硅片放入氧化炉中，1100 °C下热氧化，在硅片表面得到一层厚度约 600nm的氧化娃薄膜；[〇〇58] 步骤二，制备W03纳米线薄膜:
[0059]将经步骤一热氧化的硅片放入磁控溅射仪中，抽真空至2.0X1(T3以下，然后利用磁控溅射技术，在氧化硅表面镀一层W膜，以作为W03纳米线的生长源，磁控溅射功率为 300W，W膜的厚度为300nm，大小为3cm X 3cm;
[0060]然后将硅片放入管式炉中，在常压下，通入2〇SCCm的Ar气，先稳定lh，排出管式炉内的空气，接下来加热管式炉以10°C/min的速率升温至380°C，并保温6h，保温完毕让其自然冷却，待降到室温后取出硅片，在硅片的W膜表面得到一层W03纳米线薄膜；[0061 ] 步骤三，制备Sn〇2纳米薄膜:[〇〇62] 首先，准备100ml去离子水，称取5g SnCl4 ? 5H20溶于去离子水，随后添加0.3g柠檬酸，加热溶液到53°C，在磁力搅拌下，加入0.5mol/L的氨水至pH值为3，制得Sn(0H)4沉淀物， 沉淀静置15h，经过多次洗涤去除氯离子；然后称取7g Ti02纳米粒子，与沉淀混合研磨 0.5h，形成混合物沉淀，将混合物沉淀加热至63°C，加入饱和草酸中回溶，直到沉淀完全溶解，得到透明的Sn02溶胶，将10ml饱和聚乙二醇作为表面活性剂加入到透明溶胶中，并放入烘箱90°C烘干20h，得到511〇2凝胶前驱体，将该511〇2凝胶前驱体在580°C下焙烧1.5h，得到掺杂Ti〇2纳米粒子的Sn〇2纳米粉末；
[0063]使用松油醇与Sn02纳米粉末混合，配制成为Sn02浆料，并采用丝网印刷的方法将 Sn02浆料涂覆在硅片的W03纳米线薄膜区域，Sn02浆料厚度为2_，随后将硅片在100°C下烘干5min，在W〇3纳米线薄膜区域填充一层Sn〇2纳米薄膜；[〇〇64] 步骤四，制备pt电极:[〇〇65]该传感器电极采用Pt电极，利用磁控溅射结合模板法在Sn02浆料表面制作两个Pt 电极；所述Pt电极中添加有Bi2〇3材料和MgB2材料，所述Bi2〇3材料的添加量为0.0lwt%? 0? lwt%，所述MgB2材料的添加量为0.005wt%?0.05wt%。[〇〇66] 步骤五，组装C0气体传感器:
[0067]将导线与两个Pt电极连接，在Si基底背面安装加热模块和传感器的外壳结构。
[0068]优选地，所述C0传感器的测试系统由气体稀释系统、电化学工作站组成，可实现对最低lppm气体的检测，把制作的传感器样品放入测试腔，排出腔内空气，两个电极与外部电化学工作站连接，测试电压为10V。传感器响应值定义为:R = R0/Rg，其中R0为材料在空气中电阻，Rg为材料在特定浓度目标气体中的电阻，响应时间和恢复时间分别为响应值和恢复值达到平衡的90 %时所用的时间。通过测试发现，在⑶浓度为分别为200、500、1000、 1500ppm时，该传感器响应值对应为14、29、41、72,在H2浓度为分别为200、500、1000、 1500ppm时，该传感器响应值对应为5、9、16、24，表现较好的C0选择性;通过2000次的重复性测试，在相同浓度C0下，响应值下降为原来的93%，稳定性良好。[〇〇69]测试说明，安装该C0传感器的微生物肥料检测系统灵敏度高、重复性、稳定性良好，具有很大的市场应用前景。
[0070] 实施例三:[0071 ]本申请的实施例涉及一种实现高灵敏气体检测的微生物肥料检测系统，该微生物肥料检测系统安装有C0气体传感器;如图1所示，所述C0气体传感器包括Si基底(01)、形成于所述Si基底(01)上的氧化硅薄膜(02)、置于所述氧化硅薄膜(02)上的W膜(03)、形成于W 膜(03)上的W03纳米线薄膜(04)、覆于W03纳米线薄膜(04)上的Sn02纳米薄膜(05)、在Sn02纳米薄膜(05)上制作的两个Pt电极(06)和位于所述Si基底下方的加热模块(07);所述W03纳米线长度为500?2000nm〇
[0072]优选地，如图2，C0气体传感器的制备方法包括如下步骤:[〇〇73] 步骤一，准备Si基底:[〇〇74] 取一定尺寸(5cmX 5cm)的硅片，依次经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，超声时间均为30min，然后在将硅片放入氧化炉中，1100 °C下热氧化，在硅片表面得到一层厚度约 600nm的氧化娃薄膜；[〇〇75] 步骤二，制备W03纳米线薄膜:
[0076]将经步骤一热氧化的硅片放入磁控溅射仪中，抽真空至2.0X1(T3以下，然后利用磁控溅射技术，在氧化硅表面镀一层W膜，以作为W03纳米线的生长源，磁控溅射功率为 300W，W膜的厚度为300nm，大小为3cm X 3cm;[〇〇77]然后将硅片放入管式炉中，在常压下，通入2〇SCCm的Ar气，先稳定lh，排出管式炉内的空气，接下来加热管式炉以10°C/min的速率升温至380°C，并保温6h，保温完毕让其自然冷却，待降到室温后取出硅片，在硅片的W膜表面得到一层W03纳米线薄膜；[〇〇78] 步骤三，制备Sn02纳米薄膜:[〇〇79] 首先，准备100ml去离子水，称取5g SnCl4 ? 5H20溶于去离子水，随后添加0.3g柠檬酸，加热溶液到53°C，在磁力搅拌下，加入0.5mol/L的氨水至pH值为3，制得Sn(0H)4沉淀物，沉淀静置15h，经过多次洗涤去除氯离子；然后称取7g Ti02纳米粒子，与沉淀混合研磨 0.5h，形成混合物沉淀，将混合物沉淀加热至63°C，加入饱和草酸中回溶，直到沉淀完全溶解，得到透明的Sn02溶胶，将10ml饱和聚乙二醇作为表面活性剂加入到透明溶胶中，并放入烘箱90°C烘干20h，得到511〇2凝胶前驱体，将该511〇2凝胶前驱体在580°C下焙烧1.5h，得到掺杂Ti〇2纳米粒子的Sn〇2纳米粉末；
[0080]使用松油醇与Sn02纳米粉末混合，配制成为Sn02浆料，并采用丝网印刷的方法将 Sn02浆料涂覆在硅片的W03纳米线薄膜区域，Sn02浆料厚度为2_，随后将硅片在100°C下烘干5min，在W〇3纳米线薄膜区域填充一层Sn〇2纳米薄膜；[0081 ] 步骤四，制备Pt电极:
[0082]该传感器电极采用Pt电极，利用磁控溅射结合模板法在Sn02浆料表面制作两个Pt 电极；所述Pt电极中添加有Bi2〇3材料和MgB2材料，所述Bi2〇3材料的添加量为0.0lwt%? 0? lwt%，所述MgB2材料的添加量为0.005wt%?0.05wt%。[〇〇83] 步骤五，组装C0气体传感器:
[0084]将导线与两个Pt电极连接，在Si基底背面安装加热模块和传感器的外壳结构。
[0085]优选地，所述C0传感器的测试系统由气体稀释系统、电化学工作站组成，可实现对最低lppm气体的检测，把制作的传感器样品放入测试腔，排出腔内空气，两个电极与外部电化学工作站连接，测试电压为10V。传感器响应值定义为:R = R0/Rg，其中R0为材料在空气中电阻，Rg为材料在特定浓度目标气体中的电阻，响应时间和恢复时间分别为响应值和恢复值达到平衡的90 %时所用的时间。通过测试发现，在⑶浓度为分别为200、500、1000、 1500ppm时，该传感器响应值对应为14、29、41、72,在H2浓度为分别为200、500、1000、 1500ppm时，该传感器响应值对应为5、9、16、24，表现较好的C0选择性;通过2000次的重复性测试，在相同浓度C0下，响应值下降为原来的93%，稳定性良好。[〇〇86]测试说明，安装该C0传感器的微生物肥料检测系统灵敏度高、重复性、稳定性良好，具有很大的市场应用前景。[〇〇87] 实施例四:
[0088]本申请的实施例涉及一种实现高灵敏气体检测的微生物肥料检测系统，该微生物肥料检测系统安装有C0气体传感器;如图1所示，所述C0气体传感器包括Si基底(01)、形成于所述Si基底(01)上的氧化硅薄膜(02)、置于所述氧化硅薄膜(02)上的W膜(03)、形成于W 膜(03)上的W03纳米线薄膜(04)、覆于W03纳米线薄膜(04)上的Sn02纳米薄膜(05)、在Sn02纳米薄膜(05)上制作的两个Pt电极(06)和位于所述Si基底下方的加热模块(07);所述W03纳米线长度为500?2000nm〇
[0089]优选地，如图2，C0气体传感器的制备方法包括如下步骤:
[0090]步骤一，准备Si基底:
[0091]取一定尺寸(5cmX 5cm)的硅片，依次经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，超声时间均为30min，然后在将硅片放入氧化炉中，1100 °C下热氧化，在硅片表面得到一层厚度约 600nm的氧化娃薄膜；[〇〇92] 步骤二，制备W03纳米线薄膜:
[0093]将经步骤一热氧化的硅片放入磁控溅射仪中，抽真空至2.0X1(T3以下，然后利用磁控溅射技术，在氧化硅表面镀一层W膜，以作为W03纳米线的生长源，磁控溅射功率为300W，W膜的厚度为300nm，大小为3cm X 3cm ；
[0094]然后将硅片放入管式炉中，在常压下，通入20sCCm的Ar气，先稳定lh，排出管式炉内的空气，接下来加热管式炉以10°C/min的速率升温至380 V，并保温6h，保温完毕让其自然冷却，待降到室温后取出硅片，在硅片的W膜表面得到一层WO3纳米线薄膜；
[0095]步骤三，制备SnO2纳米薄膜:
[0096]首先，准备10ml去离子水，称取5g SnCl4.5H20溶于去离子水，随后添加0.3g柠檬酸，加热溶液到53 °C，在磁力搅拌下，加入0.5mol/L的氨水至pH值为3，制得Sn(OH)4沉淀物，沉淀静置15h，经过多次洗涤去除氯离子；然后称取7g T12纳米粒子，与沉淀混合研磨
0.5h，形成混合物沉淀，将混合物沉淀加热至63°C，加入饱和草酸中回溶，直到沉淀完全溶解，得到透明的SnO2溶胶，将1ml饱和聚乙二醇作为表面活性剂加入到透明溶胶中，并放入烘箱90°C烘干20h，得到前驱体，将该SnOPl胶前驱体在580°C下焙烧1.5h，得到掺杂Ti02纳米粒子的Sn02纳米粉末；
[0097]使用松油醇与SnO2纳米粉末混合，配制成为SnO2浆料，并采用丝网印刷的方法将SnO2浆料涂覆在硅片的WO3纳米线薄膜区域，SnO2浆料厚度为2μπι，随后将硅片在100 °C下烘干5min，在WO3纳米线薄膜区域填充一层Sn02纳米薄膜；
[0098]步骤四，制备pt电极:
[0099]该传感器电极采用Pt电极，利用磁控溅射结合模板法在SnO2浆料表面制作两个Pt电极;所述Pt电极中添加有Bi2O3材料和MgB2材料，所述Bi2O3材料的添加量为0.0lwt%?
0.1wt%，所述MgB2材料的添加量为0.005wt%?0.05wt%。
[0100]步骤五，组装CO气体传感器:
[0101]将导线与两个Pt电极连接，在Si基底背面安装加热模块和传感器的外壳结构。
[0102]优选地，所述CO传感器的测试系统由气体稀释系统、电化学工作站组成，可实现对最低Ipprn气体的检测，把制作的传感器样品放入测试腔，排出腔内空气，两个电极与外部电化学工作站连接，测试电压为10V。传感器响应值定义为:R = R0/Rg，其中RO为材料在空气中电阻，Rg为材料在特定浓度目标气体中的电阻，响应时间和恢复时间分别为响应值和恢复值达到平衡的90 %时所用的时间。通过测试发现，在⑶浓度为分别为200、500、1000、1500ppm时，该传感器响应值对应为14、29、41、72，在H2浓度为分别为200、500、1000、1500ppm时，该传感器响应值对应为5、9、16,24,表现较好的CO选择性;通过2000次的重复性测试，在相同浓度CO下，响应值下降为原来的93%，稳定性良好。
[0103]测试说明，安装该CO传感器的微生物肥料检测系统灵敏度高、重复性、稳定性良好，具有很大的市场应用前景。
[0104]实施例五:
[0105]本申请的实施例涉及一种实现高灵敏气体检测的微生物肥料检测系统，该微生物肥料检测系统安装有CO气体传感器;如图1所示，所述CO气体传感器包括Si基底(01)、形成于所述Si基底(01)上的氧化硅薄膜(02)、置于所述氧化硅薄膜(02)上的W膜(03)、形成于W膜(03)上的WO3纳米线薄膜(04)、覆于WO3纳米线薄膜(04)上的SnO2纳米薄膜(05)、在SnO2纳米薄膜(05)上制作的两个Pt电极(06)和位于所述Si基底下方的加热模块(07);所述WO3纳米线长度为500?2000nmo
[0106]优选地，如图2，CO气体传感器的制备方法包括如下步骤:
[0107]步骤一，准备Si基底:
[0108]取一定尺寸(5cmX 5cm)的硅片，依次经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，超声时间均为30min，然后在将硅片放入氧化炉中，1100 °C下热氧化，在硅片表面得到一层厚度约600nm的氧化娃薄膜；
[0?09] 步骤二，制备W03纳米线薄膜:
[0110]将经步骤一热氧化的硅片放入磁控溅射仪中，抽真空至2.0X10—3以下，然后利用磁控溅射技术，在氧化硅表面镀一层W膜，以作为WO3纳米线的生长源，磁控溅射功率为300W，W膜的厚度为300nm，大小为3cm X 3cm ；
[0111]然后将娃片放入管式炉中，在常压下，通入20sccm的Ar气，先稳定lh，排出管式炉内的空气，接下来加热管式炉以10°C/min的速率升温至380 V，并保温6h，保温完毕让其自然冷却，待降到室温后取出硅片，在硅片的W膜表面得到一层WO3纳米线薄膜；
[ΟΙ12] 步骤三，制备Sn02纳米薄膜:
[0113]首先，准备10ml去离子水，称取5g SnCl4.5H20溶于去离子水，随后添加0.3g柠檬酸，加热溶液到53 °C，在磁力搅拌下，加入0.5mol/L的氨水至pH值为3，制得Sn(OH)4沉淀物，沉淀静置15h，经过多次洗涤去除氯离子；然后称取7g T12纳米粒子，与沉淀混合研磨
0.5h，形成混合物沉淀，将混合物沉淀加热至63°C，加入饱和草酸中回溶，直到沉淀完全溶解，得到透明的SnO2溶胶，将1ml饱和聚乙二醇作为表面活性剂加入到透明溶胶中，并放入烘箱90°C烘干20h，得到前驱体，将该SnOPl胶前驱体在580°C下焙烧1.5h，得到掺杂Ti02纳米粒子的Sn02纳米粉末；
[0114]使用松油醇与SnO2纳米粉末混合，配制成为SnO2浆料，并采用丝网印刷的方法将SnO2浆料涂覆在硅片的WO3纳米线薄膜区域，SnO2浆料厚度为2μπι，随后将硅片在100 °C下烘干5min，在WO3纳米线薄膜区域填充一层Sn02纳米薄膜；
[0115]步骤四，制备pt电极:
[0116]该传感器电极采用Pt电极，利用磁控溅射结合模板法在SnO2浆料表面制作两个Pt电极;所述Pt电极中添加有Bi2O3材料和MgB2材料，所述Bi2O3材料的添加量为0.0lwt%?
0.1wt%，所述MgB2材料的添加量为0.005wt%?0.05wt%。
[0117]步骤五，组装CO气体传感器:
[0118]将导线与两个Pt电极连接，在Si基底背面安装加热模块和传感器的外壳结构。
[0119]优选地，所述CO传感器的测试系统由气体稀释系统、电化学工作站组成，可实现对最低Ippm气体的检测，把制作的传感器样品放入测试腔，排出腔内空气，两个电极与外部电化学工作站连接，测试电压为10V。传感器响应值定义为:R = R0/Rg，其中RO为材料在空气中电阻，Rg为材料在特定浓度目标气体中的电阻，响应时间和恢复时间分别为响应值和恢复值达到平衡的90 %时所用的时间。通过测试发现，在⑶浓度为分别为200、500、1000、1500ppm时，该传感器响应值对应为14、29、41、72，在H2浓度为分别为200、500、1000、1500ppm时，该传感器响应值对应为5、9、16,24,表现较好的CO选择性;通过2000次的重复性测试，在相同浓度CO下，响应值下降为原来的93%，稳定性良好。
[0120]测试说明，安装该CO传感器的微生物肥料检测系统灵敏度高、重复性、稳定性良好，具有很大的市场应用前景。
[0121]本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
[0122]应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
【主权项】
1.一种实现高灵敏气体检测的微生物肥料检测系统，该微生物肥料检测系统安装有CO 气体传感器;所述CO气体传感器包括Si基底、形成于所述Si基底上的氧化硅薄膜、置于所述 氧化娃薄膜上的W膜、形成于W膜上的W〇3纳米线薄膜、覆于W〇3纳米线薄膜上的Sn〇2纳米薄 膜、在Sn〇2纳米薄膜上制作的两个Pt电极和位于所述Si基底下方的加热模块;所述W〇3纳米 线长度为500?2000nm〇2.根据权利要求1所述的微生物肥料检测系统，其中，CO气体传感器的制备方法包括如 下步骤:步骤一，准备Si基底:取一定尺寸(5cmX5cm)的硅片，依次经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，超声时间均 为30min，然后在将硅片放入氧化炉中，1100 °C下热氧化，在硅片表面得到一层厚度约600nm 的氧化硅薄膜；步骤二，制备W〇3纳米线薄膜:将经步骤一热氧化的硅片放入磁控溅射仪中，抽真空至2.0X1(T3以下，然后利用磁控 溅射技术，在氧化硅表面镀一层W膜，以作为W03纳米线的生长源，磁控溅射功率为300W，W膜 的厚度为300nm，大小为3cm X 3cm;然后将娃片放入管式炉中，在常压下，通入20sccm的Ar气，先稳定lh，排出管式炉内的 空气，接下来加热管式炉以10°C/min的速率升温至380°C，并保温6h，保温完毕让其自然冷 却，待降到室温后取出硅片，在硅片的W膜表面得到一层W03纳米线薄膜；步骤三，制备Sn〇2纳米薄膜:首先，准备l〇〇ml去离子水，称取5g SnCl4 ? 5H20溶于去离子水，随后添加0.3g柠檬酸， 加热溶液到53°C，在磁力搅拌下，加入0.5mol/L的氨水至pH值为3，制得Sn(0H)4沉淀物，沉 淀静置15h，经过多次洗涤去除氯离子;然后称取7g Ti02纳米粒子，与沉淀混合研磨0.5h， 形成混合物沉淀，将混合物沉淀加热至63°C，加入饱和草酸中回溶，直到沉淀完全溶解，得 到透明的Sn02溶胶，将10ml饱和聚乙二醇作为表面活性剂加入到透明溶胶中，并放入烘箱 90 °C烘干20h，得到Sn02凝胶前驱体，将该Sn02凝胶前驱体在580 °C下焙烧1.5h，得到掺杂 Ti〇2纳米粒子的Sn〇2纳米粉末；使用松油醇与Sn〇2纳米粉末混合，配制成为Sn〇2衆料，并采用丝网印刷的方法将Sn〇2衆 料涂覆在硅片的W03纳米线薄膜区域，Sn02浆料厚度为2mi，随后将硅片在100 °C下烘干5min， 在W〇3纳米线薄膜区域填充一层Sn〇2纳米薄膜；步骤四，制备pt电极:该传感器电极采用Pt电极，利用磁控溅射结合模板法在Sn02浆料表面制作两个Pt电极； 所述Pt电极中添加有Bi2〇3材料和MgB2材料，所述Bi2〇3材料的添加量为0.0lwt %?0.lwt %， 所述MgB2材料的添加量为0.005wt%?0.05wt%。步骤五，组装C0气体传感器:将导线与两个Pt电极连接，在Si基底背面安装加热模块和传感器的外壳结构。
【文档编号】G01N27/26GK106093151SQ201610427470
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】杨林
【申请人】杨林