專利名稱：以定向碳納米管層作為氣敏層的氣敏傳感器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電導(dǎo)型氣敏傳感器，特別涉及一種以定向碳納米管層作為氣敏層的氣敏傳感器的制造方法。
背景技術(shù)：
通常氧化物半導(dǎo)體型氣敏傳感器是利用待測氣體分子與氣敏傳感器的氣敏層表面發(fā)生化學(xué)吸附脫附反應(yīng)導(dǎo)致氣敏傳感器電導(dǎo)率變化來檢測待測氣體分子的存在的。為了提高氣敏傳感器的靈敏度和選擇性必須在一定的環(huán)境溫度下才能工作，通常該溫度為300℃以上，在室溫條件下，現(xiàn)有的氧化物半導(dǎo)體型氣敏傳感器是無法工作的，該常用的氣敏傳感器須設(shè)置一個加熱器，有的還需添加催化劑，才能使該型氣敏傳感器有足夠的靈敏度。其缺陷是由于高溫的存在，容易使叉指電極和氣敏層老化，縮短氣敏傳感器的使用壽命，對于用于測定易燃易爆的苯系氣體的氣敏傳感器而言，有加熱器存在，則存在安全隱患，而且給該型氣敏傳感器微型化、集成化造成困難。此外，還有導(dǎo)電高分子聚合物氣敏傳感器，可在常溫下工作，但其壽命不長，工作穩(wěn)定性也不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以定向碳納米管層作為氣敏層的氣敏傳感器的制造方法，檢測易燃易爆的苯系氣體分子的存在及其濃度，可在室溫下工作，消除安全隱患，且氣敏傳感器的性能遠(yuǎn)優(yōu)于帶加熱器的氣敏傳感器。
一種以定向碳納米管層作為氣敏層的氣敏傳感器的制造方法，包括在鋁質(zhì)底板上制成絕緣層，叉指金電極以及氣敏層，其特征在于該方法采用如下步驟A)鋁質(zhì)底板1表面經(jīng)陽極氧化處理后形成具有預(yù)定大小的縱向微孔的三氧化二鋁層作為絕緣層2；B)用濃度為60g/l的CoSO4·7H2O溶液和濃度為3.5g/l的H3BO3溶液配成電解液，控制其配比，使電解液的PH值為3.1～3.7，采用電化學(xué)法將Co納米粒子沉積在Al2O3絕緣層上的縱向微孔底部；C)采用真空濺射技術(shù)在微孔底部沉積有Co納米粒子的絕緣層2上制成叉指金電極3；D)在650℃～680℃下，在微孔底部沉積有Co納米粒子的絕緣層2上未被叉指金電極覆蓋的部分，采用CVD法定向生成碳納米管層為氣敏層4；三氧化二鋁層上的縱向微孔其孔徑為50～60nm，孔距為100～120nm，孔深為2μm，絕緣層2上的定向碳納米管氣敏層的厚度小于1μm。
同現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有如下突出優(yōu)點1)縱向微孔的孔徑、間距及孔深尺寸對碳納米管生長質(zhì)量有直接影響，在鋁表面作陽極氧化處理時可對縱向微孔參數(shù)進行優(yōu)選；2)以定向碳納米管層作為氣敏層可顯著優(yōu)化苯系氣體的響應(yīng)特性，提高其靈敏度，如可檢測濃度為10PPM甲苯氣體的存在，且穩(wěn)定性好，可恢復(fù)性強；3)采用劑量適中、均勻分散的Co納米粒子作為催化劑，可以保證定向碳納米管可控生長；4)本傳感器可在常溫下工作，無需設(shè)置加熱器，無安全隱患，有利于實現(xiàn)電導(dǎo)型氣敏傳感器的微型化、集成化。


圖1為本發(fā)明的以定向碳納米管層作為氣敏層的氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為叉指金電極結(jié)構(gòu)圖。
圖3為本傳感器中的定向碳納米管的電鏡顯示圖。
圖4為室溫下電極對甲苯氣體的響應(yīng)曲線圖。
具體實施例方式
實施例1一種以定向碳納米管層作為氣敏層的氣敏傳感器的制造方法，鋁質(zhì)底板1表面經(jīng)陽極氧化處理后形成具有預(yù)定大小的縱向微孔的三氧化二鋁層作為絕緣層2；用濃度為60g/l的CoSO4·7H2O溶液和濃度為3.5g/l的H3BO3溶液配成電解液，控制其配比，使電解液的PH值為3.1，采用電化學(xué)方法將Co納米粒子沉積在絕緣層上的縱向微孔底部；采用真空濺射技術(shù)在微孔底部沉積有Co納米粒子的絕緣層2上制成叉指金電極3；在650℃下，采用CVD法在微孔底部沉積有Co納米粒子的絕緣層2上定向生成碳納米管層作為氣敏層4，三氧化二鋁層上的縱向微孔其孔徑為50nm，孔距為100nm，孔深為2μm，絕緣層2上的定向碳納米管氣敏層的厚度小于1μm。
實施例2一種以定向碳納米管層作為氣敏層的氣敏傳感器的制造方法，鋁質(zhì)底板1表面經(jīng)陽極氧化處理后形成具有預(yù)定大小的縱向微孔的三氧化二鋁層作為絕緣層2；用濃度為60g/l的CoSO4·7H2O溶液和濃度為3.5g/l的H3BO3溶液配成電解液，控制其配比，使電解液的PH值為3.7，采用電化學(xué)法將Co納米粒子沉積在絕緣層上的縱向微孔底部；采用真空濺射技術(shù)在微孔底部沉積有Co納米粒子的絕緣層2上制成叉指金電極3；在680℃下，采用CVD法在微孔底部沉積有Co納米粒子的絕緣層2上定向生成碳納米管層作為氣敏層4，三氧化二鋁層上的縱向微孔其孔徑為60nm，孔距為120nm，孔深為2μm，絕緣層2上的定向碳納米管氣敏層的厚度小于1μm。
應(yīng)用本氣敏傳感器，對不同濃度的甲苯氣體進行檢測，檢測結(jié)果示于圖4，圖中橫坐標(biāo)為時間(秒)，縱坐標(biāo)為電流(10-3)，A處為空氣的起點，可見，本傳感器能測到的甲苯氣體濃度為10ppm，優(yōu)于常用的氣敏傳感器。
權(quán)利要求
1.一種以定向碳納米管層作為氣敏層的氣敏傳感器的制造方法，包括在鋁質(zhì)底板上制成絕緣層，叉指金電極以及氣敏層，其特征在于該方法采用如下步驟A)鋁質(zhì)底板(1)表面經(jīng)陽極氧化處理后形成具有預(yù)定大小的縱向微孔的三氧化二鋁層作為絕緣層(2)；B)用濃度為60g/l的CoSO4·7H2O溶液和濃度為3.5g/l的H3BO3溶液配成電解液，控制其配比，使電解液的PH值為3.1～3.7，采用電化學(xué)法將Co納米粒子沉積在Al2O3絕緣層上的縱向微孔底部；C)采用真空濺射技術(shù)在微孔底部沉積有Co納米粒子的絕緣層(2)上制成叉指金電極(3)；D)在650℃～680℃下，在微孔底部沉積有Co納米粒子的絕緣層(2)上未被叉指金電極覆蓋的部分，采用CVD法定向生成碳納米管層為氣敏層(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于三氧化二鋁層上的縱向微孔其孔徑為50～60nm，孔距為100～120nm，孔深為2μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于定向碳納米管氣敏層的厚度小于1μm。
全文摘要
一種以定向碳納米管層作為氣敏層的氣敏傳感器的制造方法，其特征在于A)鋁質(zhì)底板表面經(jīng)陽極氧化處理后形成具有預(yù)定大小的縱向微孔的Al
文檔編號G01N27/00GK1648648SQ20051004928
公開日2005年8月3日 申請日期2005年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月31日
發(fā)明者陳裕泉, 潘敏, 張孝彬, 郭淼 申請人:浙江大學(xué)