专利名称：电化学球型纳米传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电信号的传感器，尤其涉及气敏电化学纳米传感器。
背景技术：
气敏传感器是一种检测特定气体的传感器，主要包括半导体气敏电信号传感器和接触燃烧式气敏传感器，其中用的最多的是半导体气敏电信号传感器。主要用作一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测和化工生产中气体成分的检测与控制等。半导体气敏传感器将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。半导体气敏电化学信号传感器是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。某些氧化物半导体材料如Sn02、ZnO, Fe2O3> MgO, NiO, BaTiO3 等都具有气敏效应。半导体气敏元件有N型和P型之分。N型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小；P型阻值随气体浓度的增大而增大。如SnA金属氧化物半导体气敏材料，属于 N型半导体，在200 300°C温度它吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当遇到有能供给电子的可燃气体(如CO等)时，原来吸附的氧脱附，而由可燃气体以正离子状态吸附在所述金属氧化物半导体表面；氧脱附放出电子，可燃性气体以正离子状态吸附也要放出电子，从而使氧化物半导体的电子密度增加，电阻值下降。当可燃性气体不复存在了，金属氧化物半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值再升高到初始状态。这就是半导体气敏元件检测可燃气体的基本原理。目前国产的气敏元件有2种。一种是直热式，加热丝和测量电极一同烧结在金属氧化物半导体管芯内；另一种是旁热式，以陶瓷管为基底，管内穿加热丝，管外侧有两个测量极，测量极之间为金属氧化物气敏材料，经高温烧结而成。直热式消耗功率大，稳定性较差，故应用逐渐减少。旁热式性能稳定，消耗功率小，而以陶瓷管为基底，存在着样品载气的流径的死体积大、目标检测物与半导体材料表面接触不充分的缺点，从而使分辨率及检测灵敏度有局限性。
发明内容本实用新型的提出，旨在解决现有技术所存在的缺点，提供一种结构简单、以空气为载气、运行成本低、可缩短检测时间、具有良好的稳定性及重现性、较高的检测效率及精密度的半导体氧化物电化学信号球型纳米传感器。本实用新型的技术解决方案是这样实现的一种电信号球型纳米传感器，其特征在于包括球型石英管，其中套装陶瓷加热球和/或石英加热球，所述加热球与球型石英管之间保持一定的空隙，并与球型石英管上的进样口及放空口相通；所述加热球中间固装电阻丝，且通过球型石英管壁与加热电源连接；加热球的对应位置上装有检测电极I、II，检测电极I、II及加热球的表面上均涂覆纳米材料层，所述检测电极I、II通过导线引出石英管外，经电流表与PC机相连接。所述的纳米材料层由氧化锡SnO2、氧化锌aiO、三氧化二铁!^e2O3、氧化镁MgO、氧化镍Ni0、钛酸钡BaTiO3中的一种组成。所述的球型石英管的内径为Φ 10 Φ 30mm，所述陶瓷加热球和/或石英加热球的直径为Φ6 沈讓，二者之间的腔隙为2 4mm。与现有技术相比较，本实用新型的优点表现在1.结构简单，合理，减少了流径的死体积，提高了检测效率；2.以空气为载气，检测时间短，运行成本低；3.具有良好的稳定性和重现性，提高了检测精度。
本实用新型有附图1幅，其中图1是本实用新型结构示意图。在图中1、球型石英管，2、进样口，3、放空口，4、陶瓷或石英加热球，5、电阻丝，6、 加热电极I，7、加热电极II，8、纳米材料层，9、检测电极I，10、检测电极II，11、电流表，12、 测试电源。
具体实施方式
如图1所示的一种电化学球型纳米传感器，其特征在于包括球型石英管1，其上带有进样口 2和放空口 3，在球型石英管1内部有陶瓷(或石英)加热球4，所述陶瓷(或石英)加热球4的内部有电阻丝5，电阻丝5与加热电极16和加热电极117相连，所述陶瓷(或石英)加热球4由加热电极16、117与球型石英管1固定，所述电极16、117之间施加电压加热陶瓷(或石英)加热球4。在陶瓷(或石英)加热球4表面涂有一层纳米材料 8，所述纳米材料8是半导体氧化物纳米材料。在陶瓷(或石英)加热球4的外表面相对位置装有两个检测电极19、1110，其间联接电流表11，所述电极9、10之间接测试电源12，电流表11所产生的电流为检测信号，电流检测信号通过微机处理。所述球型石英管的内径为10 30mm，所述陶瓷(或石英)加热球的直径为6 ^toirn,所述陶瓷(或石英)加热球与球型石英管之间的腔隙为2 4mm，所述球型石英管两侧分别为进样口和放空口。所述纳米材料是半导体氧化物纳米材料，如Sn02、ZnO, Fe2O3> MgO、NiO、BaTiO3中的一种。半导体氧化物电化学信号强度与目标检测物的浓度呈相关性。球型化设计。使样品载气的流径死体积大大减小，使目标检测物组分在纳米材料表面上的响应时间大大缩短，信号响应时间迅速；球型石英管、陶瓷(或石英)加热球的尺寸相匹配，增强了信噪比； 球型石英管以及陶瓷(或石英)加热球与球型的石英管之间腔隙的设计，保证了气流以层流方式通过、目标检测物与纳米材料表面充分接触，使电化学信号类似色谱峰，分辨率及检测灵敏度均大大提高；以空气为载气，进一步降低了检测成本、提高了检测效率。
权利要求1.一种电化学球型纳米传感器，其特征在于包括球型石英管(1)，其中套装陶瓷加热球和/或石英加热球G)，所述加热球(4)与球型石英管(1)之间保持一定的空隙，并与球型石英管(1)上的进样口(2)及放空口(3)相通；所述加热球中间固装电阻丝(5)，且通过球型石英管壁与加热电源连接；加热球的对应位置上装有检测电极I、II (9,10), 检测电极I、II及加热球⑷的表面上均涂覆纳米材料层(8)，所述检测电极I、II通过导线引出石英管外，经电流表(11)与PC机相连接。
2.根据权利要求1所述的电化学球型纳米传感器，其特征在于所述的纳米材料层(8) 由氧化锡SnO2、氧化锌&ι0、三氧化二铁!^e2O3、氧化镁MgO、氧化镍NiO、钛酸钡BaTiO3中的一种组成。
3.根据权利要求2所述的电化学球型纳米传感器，其特征在于所述的球型石英管(1) 的内径为φ 10 Φ30mm，所述陶瓷加热球和/或石英加热球(4)的直径为Φ6 ^πιπι，二者之间的腔隙为2 4mm。
专利摘要本实用新型公开了一种电化学球型纳米传感器，其特征在于包括球型石英管，石英管中套装陶瓷加热球和/或石英加热球，所述加热球与球型石英管内腔保持一定间隙，并与球型石英管上的进样口及放空口相通；加热球中间嵌装电阻丝，电阻丝与加热电源连接；加热球的对应位置上装有检测电极，检测电极与加热球表面上均涂覆纳米材料层，检测电极通过导线引出石英管外，经电流表与PC机相连接。本实用新型是对现有技术的改进，改变了目标检测物的流径，减少了死区，提高了检测精度和检测效率，具有结构简单、合理和降低了成本的特点。
文档编号G01N27/407GK202041499SQ201120043109
公开日2011年11月16日 申请日期2011年2月21日 优先权日2011年2月21日
发明者于丽华, 刘名扬, 牟明仁 申请人:大连交通大学