本發(fā)明涉及氣體傳感領(lǐng)域，特別是一種具有溫度補(bǔ)償功能的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列。

背景技術(shù)：

對(duì)混合氣體的分析是科學(xué)研究、生產(chǎn)過(guò)程和環(huán)境檢測(cè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。目前對(duì)混合氣體檢測(cè)方法最常用的是氣相色譜法，但是氣相色譜法操作復(fù)雜，設(shè)備昂貴，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量，其應(yīng)用受到很大限制。隨著國(guó)內(nèi)外研究的不斷深入，通過(guò)使用傳感器陣列提取特征進(jìn)行氣體辨識(shí)成為混合氣體傳感技術(shù)的熱點(diǎn)。氣體傳感器陣列(電子鼻)技術(shù)可克服氣相色譜法的上述缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)混合氣體的連續(xù)、在線、原位測(cè)量。

電子鼻識(shí)別氣味的主要機(jī)理是在陣列中的每個(gè)傳感器對(duì)被測(cè)氣體都有不同的靈敏度。例如，一號(hào)氣體可在某個(gè)傳感器上產(chǎn)生高響應(yīng)，而對(duì)其他傳感器則是低響應(yīng)；同樣，二號(hào)氣體產(chǎn)生高響應(yīng)的傳感器對(duì)一號(hào)氣體則不敏感，歸根結(jié)底，整個(gè)傳感器陣列對(duì)不同氣體的響應(yīng)是不同的。正是這種區(qū)別，才使系統(tǒng)能根據(jù)傳感器的響應(yīng)圖案來(lái)識(shí)別氣味。但是，電子鼻系統(tǒng)不能有效的消除溫度對(duì)氣體傳感器性能的影響，不具有溫度補(bǔ)償功能。

北京航空航天大學(xué)的黃小燕、方向陽(yáng)、趙智勇利用5支半導(dǎo)體氣體傳感器組成氣體傳感器陣列，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，結(jié)合特征提取和模式識(shí)別算法，研制出了一種對(duì)3種可燃性氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的電子鼻系統(tǒng)。該系統(tǒng)可準(zhǔn)確的檢測(cè)甲烷、丙烷和氫氣混合氣體中各組分的氣體濃度值。但是，該系統(tǒng)只能在恒定溫度下對(duì)混合氣體進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)法消除溫度對(duì)該系統(tǒng)的影響，不具有溫度補(bǔ)償功能。電子科技大學(xué)太惠玲等優(yōu)選CO和H2氣體敏感的半導(dǎo)體氣體傳感器組成陣列，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了混合氣體組分的定量分析。但是實(shí)驗(yàn)是在恒定溫度的條件下進(jìn)行的，沒(méi)有考慮溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響不具有溫度補(bǔ)償?shù)墓δ堋?/p>

因此，目前對(duì)具有溫度補(bǔ)償功能的混合氣體測(cè)量傳感器陣列的研究，成為亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

上海交通大學(xué)侯中宇等在碳納米管膜上用光刻膠形成所需的電極結(jié)構(gòu)圖形，將光刻膠層作為掩膜，用反應(yīng)離子刻蝕法對(duì)碳納米管層進(jìn)行干法刻蝕，形成小間距的氣體間隙碳納米管微電極陣列。形成了簡(jiǎn)單有效的碳納米管微電極制備工藝，為碳納米管電子器件的應(yīng)用提供了低成本、工藝簡(jiǎn)單、適合批量生產(chǎn)的制備方法。

西安交通大學(xué)張勇等人研制了一種以碳納米管薄膜為陰極的碳納米管傳感器(圖1)；通過(guò)三電極結(jié)構(gòu)及獨(dú)特的電極電壓設(shè)計(jì)，引出了更多的正離子；基于圖1傳感器結(jié)構(gòu)西安交通大學(xué)張勇、張晶園、宋曉慧等人于2011年提出了碳納米管薄膜三電極傳感器陣列及混合氣體濃度檢測(cè)方法(ZL201110039018.9)，但該傳感器引出孔面積較大，反向電場(chǎng)范圍有限，只能收集部分正離子，還有部分正離子向陰極運(yùn)動(dòng)轟擊碳管，從而使收集電流較小，造成靈敏度低，影響了傳感器性能。本發(fā)明在此基礎(chǔ)上對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，研制出一種具有溫度補(bǔ)償功能的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一是提供一種具有溫度補(bǔ)償功能的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列，陣列中一個(gè)金納米孔薄膜三電極電離式傳感器檢測(cè)溫度，其余多個(gè)傳感器檢測(cè)混合氣體濃度；檢測(cè)混合氣體濃度的氣體傳感器的收集電流值隨著氣體濃度的增加而減小，檢測(cè)溫度的溫度傳感器的收集電流值隨著溫度的增加而增加；

本發(fā)明的另一目的是提供一種具有溫度補(bǔ)償功能的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列，在不同環(huán)境溫度下，各組分氣體傳感器及溫度傳感器輸出收集電流與氣體濃度及溫度值存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

本發(fā)明的另一目的是提供一種金納米孔薄膜三電極電離式傳感器，引出極設(shè)有小引出孔，將現(xiàn)有三電極傳感器反向電場(chǎng)范圍增大，提高正離子引出數(shù)量，從而提高引出的收集電流；降低了傳感器工作電壓，提高了傳感器靈敏度。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

具有溫度補(bǔ)償功能的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列，包括多個(gè)不同極間距的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器；其中，一個(gè)金納米孔薄膜三電極電離式傳感器檢測(cè)溫度，其余多個(gè)傳感器檢測(cè)混合氣體濃度；檢測(cè)混合氣體濃度的氣體傳感器的收集電流值隨著氣體濃度的增加而減小，檢測(cè)溫度的溫度傳感器的收集電流值隨著溫度的增加而增加；

所述金納米孔薄膜三電極電離式傳感器，包括三個(gè)自下而上依次分布的第一電極、第二電極和第三電極；所述第一電極由內(nèi)表面附著有分布著金納米孔的金屬膜基底以及設(shè)有小透氣孔的陰極構(gòu)成；所述第二電極由中心設(shè)有小引出孔的引出極構(gòu)成；所述第三電極由板面設(shè)有深槽的收集極構(gòu)成；該三個(gè)電極分別通過(guò)絕緣支柱相互隔離；

所述第一電極內(nèi)表面金屬膜基底上采用蒸發(fā)沉積法生長(zhǎng)金納米孔薄膜材料；

所述小透氣孔的孔徑為0.6～3.5mm，小引出孔的孔徑為1.1～5.5mm，深槽的邊長(zhǎng)為1.1×1.1～6.5×8mm，深為200μm；

三電極之間的極間距按照小透氣孔、小引出孔的孔徑和深槽的邊長(zhǎng)、深度設(shè)定。

所述傳感器陣列按照多個(gè)金納米孔薄膜三電極電離式傳感器并列分布，所有傳感器的第一電極制作在同一極板上，相鄰傳感器第二電極極板之間、第三電極極板之間按照設(shè)定間隔分布。

進(jìn)一步，所述傳感器陣列相鄰傳感器第二電極極板之間、第三電極極板之間間隔均為3～8mm。

進(jìn)一步，所述小透氣孔的孔徑為0.6～3.5mm時(shí)，第一電極與第二電極之間極間距與小透氣孔的孔徑之比為3/175～1/4。

進(jìn)一步，所述小引出孔的孔徑為1.1～5.5mm時(shí)，第一電極與第二電極之間極間距與小引出孔的孔徑之比為3/275～15/110。第二電極與第三電極之間極間距與小引出孔的孔徑之比為3/275～15/110。

進(jìn)一步，所述深槽的邊長(zhǎng)為1.1×1.1～6.5×8mm，深200μm時(shí)，第二極間距與第三極間距之間間距與深槽的槽深之比為3/10～3/4。

進(jìn)一步，所述第一電極的電極表面的小透氣孔設(shè)有1～18個(gè)；所述第二電極小引出極的引出孔1～18個(gè)；所述第三電極小收集極的深槽設(shè)有1個(gè)。

相應(yīng)地，本發(fā)明給出了一種金納米孔薄膜材料制備到金屬膜基底的方法，包括下述步驟：

1)鍍膜前預(yù)處理：選用刻蝕有透氣孔的硅片作為基體并進(jìn)行鍍膜前預(yù)處理；

2)濺射：在真空條件下分別在三個(gè)基片上依次濺射鈦膜、鎳膜和金膜，三層薄膜厚度分別為50nm、400nm和125nm；

3)退火：將濺射有鈦鎳金薄膜的硅基底快速退火30～80s，退火溫度為400～500℃；

4)金納米孔材料制備：在真空度為3×10-3Pa，在濺射有Ti/Ni/Au膜硅基底上，采用蒸發(fā)沉積法生長(zhǎng)金納米孔薄膜材料，金納米孔的平均尺寸為350nm，高度為1.8mm；

5)進(jìn)行微觀形貌檢測(cè)，自此完成金屬膜基底金納米孔薄膜材料的生長(zhǎng)過(guò)程。

進(jìn)一步，步驟2)中，濺射條件為：真空度為2.5×10^-3Pa，濺射溫度為30～40℃，依次濺射鈦膜、鎳膜和金膜濺射時(shí)間分別為7min、50min和13min。

進(jìn)一步，步驟4)中，蒸發(fā)沉積法生長(zhǎng)金納米孔薄膜材料沉積率為1.5nm/s，沉積時(shí)間為20min。

本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：

(1)本發(fā)明具有溫度補(bǔ)償功能的檢測(cè)混合氣體的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列，獲得的收集電流與混合氣體各組分濃度在不同溫度下具有不同的單值敏感特性曲面。本發(fā)明具有溫度補(bǔ)償功能的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列，通過(guò)電流檢測(cè)氣體濃度，與碳納米管現(xiàn)有技術(shù)相比，該傳感器陣列的靈敏度高近一個(gè)數(shù)量級(jí)(見(jiàn)表1)；不需要分離混合氣體，通過(guò)電流檢測(cè)各組分濃度；可以同時(shí)檢測(cè)氣體濃度和溫度，可消除溫度的影響，具有溫度補(bǔ)償功能。

(2)本發(fā)明具有溫度補(bǔ)償功能的檢測(cè)混合氣體的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列，通過(guò)傳感器極間距與小透氣孔、小引出孔和小深槽之間的比值優(yōu)化，使傳感器收集極電流增大，靈敏度進(jìn)一步增大。

在不同的溫度環(huán)境下，氣體傳感器收集的收集電流與氣體濃度之間具有不同的單值敏感特性；在不同的氣體濃度環(huán)境下，具有不同極間距的溫度傳感器收集的收集電流與溫度之間具有不同的單值敏感特性，該結(jié)構(gòu)傳感器陣列具有溫度補(bǔ)償功能。

附圖說(shuō)明

圖1是碳納米管薄膜三電極電離式傳感器立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是金納米孔薄膜三電極電離式傳感器立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是具有溫度補(bǔ)償功能的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是具有溫度補(bǔ)償功能的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列三維展示圖。

圖5是金納米孔和碳納米管薄膜三電極電離式傳感器的仿真電流密度對(duì)比圖。

圖6是本發(fā)明金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列在30～80℃溫度范圍內(nèi)，檢測(cè)一氧化氮?dú)怏w濃度時(shí)，一氧化氮傳感器收集電流值隨溫度、氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖7是本發(fā)明金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列在30～80℃溫度范圍內(nèi)，檢測(cè)一氧化氮?dú)怏w濃度時(shí)，溫度傳感器收集電流值隨溫度、氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖8是碳納米管薄膜三電極電離式傳感器陣列在30～80℃溫度范圍內(nèi)，檢測(cè)一氧化氮?dú)怏w濃度時(shí)，一氧化氮傳感器收集電流值隨溫度、氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖9是碳納米管薄膜三電極電離式傳感器陣列在30～80℃溫度范圍內(nèi)，檢測(cè)一氧化氮?dú)怏w濃度時(shí)，溫度傳感器收集電流值隨溫度、氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖10(a)、(b)分別是本發(fā)明金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列在40℃檢測(cè)氫氣與乙炔兩組份混合氣體濃度時(shí)，氫氣、乙炔傳感器收集電流值隨氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖11(a)、(b)分別是本發(fā)明金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列在50℃檢測(cè)氫氣與乙炔兩組份混合氣體濃度時(shí)，氫氣、乙炔傳感器收集電流值隨氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖12(a)、(b)分別是本發(fā)明金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列在60℃檢測(cè)氫氣與乙炔兩組份混合氣體濃度時(shí)，氫氣、乙炔傳感器收集電流值隨氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖13(a)、(b)分別是本發(fā)明金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列在70℃檢測(cè)氫氣與乙炔兩組份混合氣體濃度時(shí)，氫氣、乙炔傳感器收集電流值隨氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖14(a)、(b)分別是本發(fā)明金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列在80℃檢測(cè)氫氣與乙炔兩組份混合氣體濃度時(shí)，氫氣、乙炔傳感器收集電流值隨氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖15(a)-(d)分別是本發(fā)明金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列在40～80℃溫度范圍內(nèi)，檢測(cè)氫氣與乙炔兩組份混合氣體濃度時(shí)，溫度傳感器收集電流值隨氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖16是本發(fā)明金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列檢測(cè)氫氣、乙炔與乙烯三組份混合氣體濃度時(shí)，H₂濃度為0ppm、C₂H₂濃度為0ppm時(shí)，C₂H₄傳感器收集電流值隨溫度、氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖17是本發(fā)明金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列檢測(cè)氫氣、乙炔與乙烯三組份混合氣體濃度時(shí)，C₂H₂濃度為0ppm、C₂H₄濃度為0ppm時(shí)，H₂傳感器收集電流值隨溫度、氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖18是本發(fā)明金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列檢測(cè)氫氣、乙炔與乙烯三組份混合氣體濃度時(shí)，H₂濃度為0ppm、C₂H₄濃度為0ppm時(shí)，C₂H₂傳感器收集電流值隨溫度、氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖19是本發(fā)明金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列檢測(cè)氫氣、乙炔與乙烯三組份混合氣體濃度時(shí)，H₂濃度為55ppm、C₂H₂濃度為155ppm時(shí)，C₂H₄傳感器收集電流值隨溫度、氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖20是本發(fā)明金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列檢測(cè)氫氣、乙炔與乙烯三組份混合氣體濃度時(shí)，C₂H₂濃度為155ppm、C₂H₄濃度為200ppm時(shí)，H₂傳感器收集電流值隨溫度、氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖21是本發(fā)明金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列檢測(cè)氫氣、乙炔與乙烯三組份混合氣體濃度時(shí)，H₂濃度為55ppm、C₂H₄濃度為200ppm時(shí)，C₂H₂傳感器收集電流值隨溫度、氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖22是本發(fā)明金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列檢測(cè)氫氣、乙炔與乙烯三組份混合氣體濃度時(shí)，H₂濃度為150ppm、C₂H₂濃度為500ppm時(shí)，C₂H₄傳感器收集電流值隨溫度、氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖23是本發(fā)明金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列檢測(cè)氫氣、乙炔與乙烯三組份混合氣體濃度時(shí)，C₂H₂濃度為500ppm、C₂H₄濃度為450ppm時(shí)，H2傳感器收集電流值隨溫度、氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖24是本發(fā)明金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列檢測(cè)氫氣、乙炔與乙烯三組份混合氣體濃度時(shí)，H₂濃度為150ppm、C₂H₄濃度為450ppm時(shí)，C₂H₂傳感器收集電流值隨溫度、氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖25是本發(fā)明金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列檢測(cè)氫氣、乙炔與乙烯三組份混合氣體濃度時(shí)，H₂濃度為2000ppm、C₂H₂濃度為1000ppm時(shí)，C₂H₄傳感器收集電流值隨溫度、氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖26是本發(fā)明金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列檢測(cè)氫氣、乙炔與乙烯三組份混合氣體濃度時(shí)，C₂H₂濃度為1000ppm、C₂H₄濃度為950ppm時(shí)，H₂傳感器收集電流值隨溫度、氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖27是本發(fā)明金金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列檢測(cè)氫氣、乙炔與乙烯三組份混合氣體濃度時(shí)，H₂濃度為2000ppm、C₂H₄濃度為950ppm時(shí)，C₂H₂傳感器收集電流值隨溫度、氣體濃度變化時(shí)的單值敏感特性圖。

圖中：1、第一電極；1-1、小透氣孔；2、第二電極；2-1、小引出孔；3、第三電極；3-1、深槽；4、陰極；5、金屬膜基底；6、碳納米管薄膜；7、金納米孔薄膜；8、絕緣支柱。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖3所示的具有溫度補(bǔ)償功能的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列，陣列中包括多個(gè)不同極間距的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器；其中，一個(gè)金納米孔薄膜三電極電離式傳感器檢測(cè)溫度，其余多個(gè)傳感器檢測(cè)混合氣體濃度；檢測(cè)混合氣體濃度的氣體傳感器的收集電流值隨著氣體濃度的增加而減小，檢測(cè)溫度的溫度傳感器的收集電流值隨著溫度的增加而增加。

如圖3、4所示，陣列中的獨(dú)立的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器，包括三個(gè)自下而上依次分布的第一電極1、第二電極2和第三電極3，第一電極1由內(nèi)表面附著有分布著金納米孔7的金屬膜基底5以及設(shè)有小透氣孔1-1的陰極4構(gòu)成；第二電極2由中心設(shè)有小引出孔2-1的引出極構(gòu)成；第三電極3由板面設(shè)有深槽3-1的收集極構(gòu)成；該三個(gè)電極分別通過(guò)絕緣支柱相互隔離，絕緣支柱8分別設(shè)置在分布著金納米孔薄膜的金屬膜基底5與第二電極2之間、第二電極2與第三電極3之間，即絕緣支柱8分布于第二電極2正對(duì)第一電極1的表面兩側(cè)及第三電極3的內(nèi)側(cè)金膜表面的兩側(cè)。

其中，小透氣孔的孔徑設(shè)定在0.6～3.5mm、小引出孔的孔徑為1.1～5.5mm，深槽的邊長(zhǎng)和深度分別為1.1×1.1～6.5×8mm和200μm。當(dāng)小透氣孔的孔徑為0.6～3.5mm時(shí)，第一電極與第二電極之間極間距與小透氣孔的孔徑之比為3/175～1/4；當(dāng)小引出孔的孔徑為1.1～5.5mm時(shí)，第一電極與第二電極之間極間距與小引出孔的孔徑之比為3/275～15/110。第二電極與第三電極之間極間距與小引出孔的孔徑之比為3/275～15/110；當(dāng)深槽的邊長(zhǎng)和深度分別為1.1×1.1～6.5×8mm和200μm時(shí)，第二電極與第三電極之間極間距與深槽的槽深之比為3/10～3/4。

在本結(jié)構(gòu)中，第一電極1的電極表面的小透氣孔有1～18個(gè)，小透氣孔形狀可以是圓形的；第二電極引出極的小引出孔設(shè)有1～18個(gè)，小引出孔形狀可以是圓形的；第三電極收集極的深槽設(shè)有1個(gè)，深槽形狀可以是矩形的。

本發(fā)明設(shè)有透氣孔的電極板面采用硅片材料制作；金屬膜基底采用鈦、鎳、金三種金屬材料制作；金納米孔薄膜采用金源，在金屬膜基底上生長(zhǎng)制作金納米孔薄膜；第二電極和第三電極均采用硅片制作。第一電極和第三電極內(nèi)側(cè)面、第二電極的兩側(cè)面均設(shè)有金屬膜。

下面通過(guò)傳感器結(jié)構(gòu)制作實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中，按照?qǐng)D3、圖4所示的具有溫度補(bǔ)償功能的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列，傳感器陣列按照多個(gè)金納米孔薄膜三電極電離式傳感器并列分布，所有傳感器的第一電極制作在同一極板上。

陣列中一個(gè)傳感器用來(lái)檢測(cè)溫度，另一個(gè)傳感器檢測(cè)氣體濃度。將兩個(gè)傳感器的陰極制作在同一塊極板上，兩個(gè)引出極和收集極具有相同的結(jié)構(gòu)，兩個(gè)傳感器具有不同的極間距。相鄰兩個(gè)傳感器第二電極極板之間和相鄰兩個(gè)傳感器第三電極極板之間間隔均為5mm。陣列中傳感器的極間距按照透氣孔、引出孔的孔徑和深槽的邊長(zhǎng)和孔深設(shè)定。其中一個(gè)傳感器用來(lái)檢測(cè)NO氣體濃度，第一電極的電極表面有4個(gè)小透氣孔，孔徑為3mm，第一電極與第二電極之間極間距與小透氣孔的孔徑之間的比值為1/30。第二電極中心有9個(gè)小引出孔，孔徑為1.2mm時(shí)，第一電極與第二電極之間極間距與小引出孔的孔徑之間的比值為1/12，第二電極與第三電極之間的極間距與小引出孔的孔徑之間的比值為1/12。第三電極有1個(gè)深槽，長(zhǎng)寬為6×8mm、深200μm，第二電極與第三電極極間距與深槽的槽深之間的比值為1/2。

另一個(gè)傳感器用來(lái)檢測(cè)溫度，其結(jié)構(gòu)與第一個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)相同，第一電極與第二電極之間極間距、第二電極與第三電極之間的極間距與小透氣孔的孔徑、引出孔的孔徑及深槽的槽深之間的比值分別為1/25、1/10、3/5。

絕緣支柱分別設(shè)置在分布著金納米孔薄膜的金屬膜基底與第二電極之間、第二電極與第三電極之間，即絕緣支柱8分布于第二電極正對(duì)第一電極的表面兩端及第三電極的內(nèi)側(cè)金膜表面的兩端。

本發(fā)明設(shè)有透氣孔的電極板面采用硅片材料制作；金納米孔薄膜基底為金屬膜基底；所述金納米孔薄膜，使用蒸發(fā)沉積法，在金屬膜基底上生長(zhǎng)制作金納米孔薄膜。第二電極和第三電極均采用硅片制作。設(shè)有透氣孔的第一電極和第三電極內(nèi)側(cè)面、第二電極的兩側(cè)面均鍍有金屬膜。

本實(shí)施例制作金納米孔薄膜三電極電離式傳感器的金納米孔制備到金屬膜基底步驟如下：

選用刻蝕有透氣孔的硅片作為基體并進(jìn)行鍍膜前預(yù)處理；在真空度為2.5×10^-3Pa，40℃下分別在三個(gè)基片上依次濺射鈦膜、鎳膜和金膜，濺射時(shí)間分別為7min、50min和13min，三層薄膜厚度分別為50nm、400nm和125nm；將濺射有鈦鎳金薄膜的硅基底快速退火50s，退火溫度為450℃；金納米孔材料制備：在真空度為3×10^-3Pa，在濺射有Ti/Ni/Au膜硅基底上，采用蒸發(fā)沉積法生長(zhǎng)金納米孔薄膜材料，沉積率為1.5nm/s，沉積時(shí)間為20min，金納米孔的平均尺寸為350nm，高度為1.8μm。

實(shí)施例中，實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件為溫度為30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃，常壓。測(cè)量一氧化氮?dú)怏w濃度傳感器的第一電極1陰極電壓均為0V，第二電極2引出極均加載電壓80V，第三電極3收集極均加載電壓10V。獲得如圖6、7所示的一氧化氮傳感器和溫度傳感器收集電流的單值敏感特性。從圖中可以看出：隨著氣體濃度的升高，一氧化氮傳感器收集極收集到的收集電流均減小，呈現(xiàn)單值下降的關(guān)系；隨著溫度的升高，溫度傳感器收集極收集到的收集電流均增大，呈現(xiàn)單值上升的關(guān)系。在0～700.172ppm一氧化氮濃度范圍內(nèi)，共36組實(shí)驗(yàn)標(biāo)定數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)該36組數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，在環(huán)境溫度變化的條件下，一氧化氮最大靈敏度為-7.2628E-02nA/ppm；在不同的溫度條件下，收集極離子電流與氣體濃度之間具有不同的單值敏感特性，通過(guò)實(shí)測(cè)得到的溫度傳感器的離子電流值，便可以得到氣體的溫度值；根據(jù)該溫度值可以查到該溫度下氣體的單值敏感特性曲線，然后通過(guò)實(shí)測(cè)得到的氣體傳感器的離子電流值便可以得到該溫度下的氣體濃度，說(shuō)明該傳感器陣列具有溫度補(bǔ)償功能，削弱了溫度對(duì)氣體檢測(cè)的影響。

在氮?dú)鈿怏w中，仿真計(jì)算金納米孔和碳納米管薄膜三電極電離式傳感器的收集極平均電流密度。仿真計(jì)算中，碳納米管薄膜三電極電離式傳感器(結(jié)構(gòu)如圖1所示)包括三個(gè)自上而下依次分布的第一電極、第二電極和第三電極，第一電極由內(nèi)表面粘接有分布著碳納米管薄膜的基底以及設(shè)有2個(gè)直徑4mm透氣圓孔的電極構(gòu)成；第二電極由中心設(shè)有1個(gè)直徑6mm引出圓孔的引出極構(gòu)成；第三電極由板面設(shè)有1個(gè)6×8mm、200μm深槽的收集極構(gòu)成；該三個(gè)電極分別通過(guò)絕緣支柱相互隔離。金納米孔薄膜三電極電離式傳感器(結(jié)構(gòu)如圖2所示)，兩個(gè)傳感器三電極之間的極間距按照上述小透氣孔、小引出孔的孔徑和深槽的邊長(zhǎng)、深度設(shè)定。仿真計(jì)算的收集極平均電流密度如圖5所示。金納米孔薄膜三電極電離式傳感器的平均收集電流密度為2.26×10^-5A/m²，碳納米管薄膜三電極電離式傳感器的平均收集電流密度為1.96×10^-7A/m²。從圖中可以看出，金納米孔薄膜三電極電離式傳感器的平均收集電流密度大于碳納米管的平均收集電流密度。金納米孔薄膜三電極電離式傳感器收集電流密度較大的原因之一，是傳感器極板分布數(shù)量較多、孔徑較小的小孔。仿真結(jié)果說(shuō)明，金納米孔薄膜三電極電離式傳感器結(jié)構(gòu)有利于正離子的引出，提高收集電流。

通過(guò)傳感器極間距與小透氣孔、小引出孔和小深槽之間的比值優(yōu)化，使傳感器收集極電流增大，靈敏度進(jìn)一步增大。

本發(fā)明具有溫度補(bǔ)償功能的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列與碳納米管薄膜三電極電離式傳感器陣列(ZL201110039227.3)檢測(cè)溫度干擾下的一氧化氮?dú)怏w，敏感特性對(duì)比如下：圖8、9為碳納米管薄膜三電極電離式傳感器陣列在30～80℃溫度范圍內(nèi)，檢測(cè)一氧化氮?dú)怏w濃度時(shí)，一氧化氮傳感器和溫度傳感器收集電流值的單值敏感特性圖；通過(guò)與圖6、7(金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列在30～80℃溫度范圍內(nèi)，檢測(cè)一氧化氮?dú)怏w濃度時(shí)，一氧化氮傳感器和溫度傳感器收集電流值的單值敏感特性圖)的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在相同條件下金納米孔薄膜三電極電離式傳感器比碳納米管薄膜三電極電離式傳感器的收集電流值高。表1是不同溫度下(30～80℃)金納米孔、碳納米管薄膜三電極電離式傳感器陣列檢測(cè)一氧化氮濃度時(shí)的靈敏度對(duì)比，從表中數(shù)據(jù)可以看出：金納米孔薄膜三電極電離式傳感器具有較高的靈敏度，比碳納米管薄膜三電極電離式傳感器的靈敏度高近一個(gè)數(shù)量級(jí)。

通過(guò)調(diào)整小透氣孔(圖2在圖1結(jié)構(gòu)上，陰極改為2個(gè)直徑為3mm的小透氣孔)和小引出孔及其數(shù)量(圖2在圖1結(jié)構(gòu)上，引出極改為9個(gè)直徑為1.2mm的小引出孔)，并使第三電極深槽的邊長(zhǎng)和孔深分別為6×8mm和200 μm，第二電極與第三電極之間極間距與收集極深槽的槽深之比為1/2，第一電極與第二電極之間極間距分別與小透氣孔和小引出孔的孔徑之比為1/30和1/12，可以提高傳感器電流密度，引出孔徑的減小使得反向電場(chǎng)范圍增大，增加了收集收集電流的能力，提高了傳感器靈敏度，如圖6-9及表1所示。

實(shí)施例2

本實(shí)施例基本結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，按照?qǐng)D3、圖4所示的具有溫度補(bǔ)償功能的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列，陣列中一個(gè)傳感器用來(lái)檢測(cè)溫度，另兩個(gè)傳感器檢測(cè)混合氣體濃度。將三個(gè)傳感器的陰極制作在同一塊極板上，三個(gè)引出極和收集極具有相同的結(jié)構(gòu)，三個(gè)傳感器具有不同的極間距。陣列中傳感器的極間距按照透氣孔、引出孔的孔徑和深槽的邊長(zhǎng)和孔深設(shè)定。其中一個(gè)傳感器用來(lái)檢測(cè)C₂H₂氣體濃度，第一電極的電極表面有6個(gè)Φ3mm的圓形透氣孔，第一電極與第二電極之間極間距與小透氣孔的孔徑的比值為1/40；第二電極中心設(shè)有9個(gè)Φ1.2mm的圓形引出孔，第一電極與第二電極之間極間距與小引出孔的孔徑的比值為1/16，第二電極與第三電極之間極間距與小引出孔的孔徑的比值為1/16；第三電極設(shè)置了1個(gè)長(zhǎng)寬為6×8mm、深200μm的長(zhǎng)方體收集極深槽與第二電極的引出孔相對(duì)應(yīng)，第二電極與第三電極之間極間距與深槽的槽深的比值為3/8。

第二個(gè)傳感器用來(lái)檢測(cè)H₂氣體濃度，其結(jié)構(gòu)與第一個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)相同，第一電極與第二電極之間極間距、第二電極與第三電極之間的極間距與小透氣孔的孔徑、引出孔的孔徑及深槽的槽深之間的比值分別為1/30、1/12、1/2。

第三個(gè)傳感器用來(lái)檢測(cè)溫度，其結(jié)構(gòu)與第一個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)相同，第一電極與第二電極之間極間距、第二電極與第三電極之間的極間距與小透氣孔的孔徑、引出孔的孔徑及深槽的槽深之間的比值分別為1/25、1/10、3/5。

三個(gè)傳感器陣列相鄰第二電極極板之間、相鄰傳感器第三電極極板之間間隔均為3mm。

本實(shí)施例制作金納米孔薄膜三電極電離式傳感器的金納米孔制備到金屬膜基底步驟如下：

選用刻蝕有透氣孔的硅片作為基體并進(jìn)行鍍膜前預(yù)處理；在真空度為2.5×10^-3Pa，30℃下分別在三個(gè)基片上依次濺射鈦膜、鎳膜和金膜，濺射時(shí)間分別為7min、50min和13min，三層薄膜厚度分別為50nm、400nm和125nm；將濺射有鈦鎳金薄膜的硅基底快速退火30s，退火溫度為500℃；金納米孔材料制備：在真空度為3×10^-3Pa，在濺射有Ti/Ni/Au膜硅基底上，采用蒸發(fā)沉積法生長(zhǎng)金納米孔薄膜材料，沉積率為1.5nm/s，沉積時(shí)間為20min，金納米孔的平均尺寸為350nm，高度為1.8μm。

采用以上所述金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列，實(shí)驗(yàn)獲得了乙炔C₂H₂、氫氣H₂和溫度的單值氣敏特性，可測(cè)量氫氣和乙炔兩組份混合氣體濃度值，而且混合氣體各組分傳感器在不同的溫度條件下，收集電流與氣體濃度之間具有不同的單值敏感特性，該傳感器陣列具有溫度補(bǔ)償功能。

其金納米孔薄膜三電極電離式傳感器第一電極中的電極上有2個(gè)小透氣孔，便于待檢測(cè)氣體進(jìn)入電極間隙；金屬膜基底具有導(dǎo)電能力，并牢固附著在第一電極一側(cè)表面；第二電極上設(shè)有正收集電流小引出孔；第三電極收集極通過(guò)第二電極2的小引出孔，可收集氣體電離產(chǎn)生的正收集電流。第一電極與第二電極之間、第二電極與第三電極之間通過(guò)絕緣支柱相互隔離；被測(cè)氣體通過(guò)傳感器周邊電極間的間隙進(jìn)入傳感器相鄰兩個(gè)電極的間隙中。

本發(fā)明采取上述結(jié)構(gòu)的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器在測(cè)量氣體濃度時(shí)，第二電極電位高于第一電極電位，第三電極電位低于第二電極電位并高于第一電極電位。第二電極與第一電極形成以電子流為主導(dǎo)的回路，第三電極與第一電極形成以收集電流為主導(dǎo)的回路，工作電壓降低，金納米孔薄膜三電極電離式傳感器輸出的收集電流與氣體濃度，在第二電極施加一定電壓的基礎(chǔ)上，呈現(xiàn)單值氣體濃度敏感關(guān)系。

實(shí)施例中，實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件為溫度為40～80℃，相對(duì)濕度24.5％RH、大氣壓力93.4KPa。兩個(gè)測(cè)量?jī)山M份混合氣體濃度傳感器的第一電極陰極電壓均為0V，第二電極引出極均加載電壓130V，第三電極3收集極均加載電壓5V。獲得如圖10(a)、(b)～14(a)、(b)所示乙炔、氫氣傳感器的單值敏感特性，如圖15(a)-(d)所示溫度傳感器的單值敏感特性；從圖中可以看出：隨著乙炔與氫氣氣體濃度的升高，兩個(gè)測(cè)量氣體濃度的傳感器收集極收集到的收集電流均減小，收集電流隨兩組份氣體濃度增加呈現(xiàn)單值下降的關(guān)系；隨著溫度的升高，溫度傳感器收集極收集到的收集電流均增大，收集電流隨溫度的增加呈現(xiàn)單值上升的關(guān)系。在氫氣0～2000ppm濃度范圍內(nèi)、乙炔0～1000ppm的濃度范圍內(nèi)以及溫度在40～80℃時(shí)，獲得了125組實(shí)驗(yàn)標(biāo)定數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)該125組數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，在環(huán)境溫度變化的條件下，混合氣體各組分傳感器在不同的溫度條件下，收集極離子電流與氣體濃度之間具有不同的單值敏感特性。不同溫度下H₂、C₂H₂傳感器的最大靈敏度如表2所示，H₂傳感器的最大靈敏度為-1.9642E-01nA/ppm，C₂H₂傳感器的最大靈敏度為-2.4765E-01nA/ppm。通過(guò)實(shí)測(cè)得到的溫度傳感器的離子電流值，便可以得到混合氣體的溫度值；根據(jù)該溫度值可以查到該溫度下，混合氣體各組分的單值敏感特性曲線；然后通過(guò)實(shí)測(cè)得到的各組分氣體傳感器的離子電流值，便可以得到該溫度下的混合氣體各組分氣體濃度，說(shuō)明該傳感器陣列具有溫度補(bǔ)償功能，削弱了溫度對(duì)氣體檢測(cè)的影響。

實(shí)施例3

本實(shí)施例基本結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，按照?qǐng)D3、圖4所示的具有溫度補(bǔ)償功能的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列，陣列中一個(gè)傳感器用來(lái)檢測(cè)溫度，另三個(gè)傳感器檢測(cè)混合氣體濃度。將四個(gè)傳感器的陰極制作在同一塊極板上，四個(gè)引出極和收集極具有相同的結(jié)構(gòu)，四個(gè)傳感器具有不同的極間距。陣列中傳感器的極間距按照透氣孔、引出孔的孔徑和深槽的邊長(zhǎng)和孔深設(shè)定。其中一個(gè)傳感器用來(lái)檢測(cè)C₂H₂氣體濃度，第一電極的電極表面有8個(gè)小透氣孔，孔徑為3mm，第一電極與第二電極之間極間距與小透氣孔的孔徑的比值為1/40。第二電極中心有9個(gè)小引出孔，孔徑為1.2mm時(shí)，第一電極與第二電極之間極間距與小引出孔的孔徑的比值為1/16，第二電極與第三電極之間的極間距與小引出孔的孔徑的比值為1/16。第三電極有1個(gè)深槽，長(zhǎng)寬為6×8mm、深200μm，第二電極與第三電極極間距與深槽的槽深的比值為3/8。

第二個(gè)傳感器用來(lái)檢測(cè)C₂H₄氣體濃度，其結(jié)構(gòu)與第一個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)相同，第一電極與第二電極之間極間距、第二電極與第三電極之間的極間距與小透氣孔的孔徑、引出孔的孔徑及深槽的槽深之間的比值分別為3/100、3/40、9/20。

第三個(gè)傳感器用來(lái)檢測(cè)H₂氣體濃度，其結(jié)構(gòu)與第一個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)相同，第一電極與第二電極之間極間距、第二電極與第三電極之間的極間距與小透氣孔的孔徑、引出孔的孔徑及深槽的槽深之間的比值分別為1/30、1/12、1/2。

第四個(gè)傳感器用來(lái)檢測(cè)溫度，其結(jié)構(gòu)與第一個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)相同，第一電極與第二電極之間極間距、第二電極與第三電極之間的極間距與小透氣孔的孔徑、引出孔的孔徑及深槽的槽深之間的比值分別為1/25、1/10、3/5。

四個(gè)傳感器陣列相鄰第二電極極板之間、相鄰傳感器第三電極極板之間間隔均為8mm。

本實(shí)施例制作金納米孔薄膜三電極電離式傳感器的金納米孔制備到金屬膜基底步驟如下：

選用刻蝕有透氣孔的硅片作為基體并進(jìn)行鍍膜前預(yù)處理；在真空度為2.5×10^-3Pa，50℃下分別在三個(gè)基片上依次濺射鈦膜、鎳膜和金膜，濺射時(shí)間分別為7min、50min和13min，三層薄膜厚度分別為50nm、400nm和125nm；將濺射有鈦鎳金薄膜的硅基底快速退火80s，退火溫度為400℃；金納米孔材料制備：在真空度為3×10^-3Pa，在濺射有Ti/Ni/Au膜硅基底上，采用蒸發(fā)沉積法生長(zhǎng)金納米孔薄膜材料，沉積率為1.5nm/s，沉積時(shí)間為20min，金納米孔的平均尺寸為350nm，高度為1.8μm。

本發(fā)明具有溫度補(bǔ)償功能的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列，在陰極表面分布著金納米孔薄膜，不僅起到了改變陰極導(dǎo)電特性的作用，同時(shí)改變了場(chǎng)發(fā)射特性；引出極雖然增加孔的數(shù)量卻縮小了孔徑改變了電場(chǎng)分布，增強(qiáng)了粒子擴(kuò)散效果，能夠收集更多的正離子，達(dá)到增加收集電流、提高靈敏度的效果。一種新型可檢測(cè)兩組分混合氣體的傳感器陣列在材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、制備方法上都有較大的改進(jìn)。

本發(fā)明具有溫度補(bǔ)償功能的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列，通過(guò)實(shí)測(cè)得到的溫度傳感器的離子電流值，便可以得到混合氣體的溫度值；根據(jù)該溫度值可以查到該溫度下混合氣體各組分的單值敏感特性曲線；然后通過(guò)實(shí)測(cè)得到的各組分氣體傳感器的離子電流值，便可以得到該溫度下的混合氣體各組分氣體濃度，說(shuō)明該傳感器陣列具有溫度補(bǔ)償功能，削弱了溫度對(duì)氣體檢測(cè)的影響。

本實(shí)施例為使用溫度補(bǔ)償功能的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列測(cè)量三組分混合氣體。

該實(shí)施例中，在環(huán)境溫度為40～80℃，相對(duì)濕度為23.5％RH，大氣壓力為93.6KPa，傳感器第一電極陰極電壓為0V，第二電極引出極加載電壓150V，第三電極收集極加載電壓1V的實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)不同濃度的氫氣、乙烯、乙炔三組分混合氣體進(jìn)行測(cè)量。獲得如圖16～27所示環(huán)境溫度在40～80℃時(shí)，氫氣、乙烯、乙炔傳感器的單值敏感特性圖。隨著溫度的升高，溫度傳感器收集極收集到的收集電流升高，收集電流與溫度之間呈現(xiàn)單值上升關(guān)系；隨著氫氣、乙烯、乙炔氣體濃度的升高，三個(gè)測(cè)量氣體濃度的傳感器收集極收集到的收集電流均減小，收集電流隨三組份氣體濃度增加呈現(xiàn)單值下降的關(guān)系。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，氫氣最大靈敏度為-9.9509E-02nA/ppm，乙炔最大靈敏度為-5.0387E-03nA/ppm，乙烯最大靈敏度為4.4095E-03nA/ppm，不同溫度下H₂、C₂H₂、C₂H₄傳感器的最大靈敏度如表3所示。通過(guò)對(duì)該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)混合氣體各組分傳感器在不同的溫度條件下，收集極離子電流與氣體濃度之間具有不同的單值敏感特性。通過(guò)實(shí)測(cè)得到的溫度傳感器的離子電流值，便可以得到混合氣體的溫度值；根據(jù)該溫度值可以查到該溫度下，混合氣體各組分的單值敏感特性曲線；然后通過(guò)實(shí)測(cè)得到的各組分氣體傳感器的離子電流值，便可以得到該溫度下的混合氣體各組分氣體濃度，說(shuō)明該傳感器陣列具有溫度補(bǔ)償功能，削弱了溫度對(duì)氣體檢測(cè)的影響。

實(shí)施例4

本實(shí)施例基本結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，按照?qǐng)D3、圖4所示的具有溫度補(bǔ)償功能的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列，陣列中一個(gè)傳感器用來(lái)檢測(cè)溫度，另一個(gè)傳感器檢測(cè)氣體濃度。將兩個(gè)傳感器的陰極制作在同一塊極板上，兩個(gè)引出極和收集極具有相同的結(jié)構(gòu)，兩個(gè)傳感器具有不同的極間距。該傳感器陣列中的極間距按照透氣孔、引出孔的孔徑和槽的邊長(zhǎng)和槽深設(shè)定。其中一個(gè)傳感器第一電極的電極表面有18個(gè)小透氣孔，孔徑為3.5mm，第一電極與第二電極之間極間距與小透氣孔的孔徑的比值為3/175。第二電極中心有18個(gè)小引出孔，孔徑為5.5mm時(shí)，第一電極與第二電極之間極間距與小引出孔的孔徑的比值為3/275，第二電極與第三電極之間的極間距與小引出孔的孔徑的比值為3/275。第三電極有1個(gè)長(zhǎng)寬為6.5×8mm、200μm的深槽，第二電極與第三電極極間距與深槽的槽深之間的比值為3/10。

另一個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)與第一個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)相同，第一電極與第二電極之間、第二電極與第三電極之間的極間距與小透氣孔的孔徑、引出孔的孔徑及深槽的槽深之間的比值分別為1/8、3/44、3/8。

相鄰兩個(gè)傳感器第二電極極板之間和相鄰兩個(gè)傳感器第三電極極板之間間隔均為6mm。

實(shí)施例4與實(shí)施例1實(shí)驗(yàn)條件相同，可合理推斷出采用實(shí)施例4的傳感器能夠獲得相同實(shí)驗(yàn)效果，滿足要求。

實(shí)施例5

本實(shí)施例基本結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，按照?qǐng)D3、圖4所示的具有溫度補(bǔ)償功能的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列，陣列中一個(gè)傳感器用來(lái)檢測(cè)溫度，另一個(gè)傳感器檢測(cè)氣體濃度。將兩個(gè)傳感器的陰極制作在同一塊極板上，兩個(gè)引出極和收集極具有相同的結(jié)構(gòu)，兩個(gè)傳感器具有不同的極間距。該傳感器陣列中的極間距按照透氣孔、引出孔的孔徑和槽的邊長(zhǎng)和槽深設(shè)定。其中一個(gè)傳感器第一電極的電極表面有1個(gè)小透氣孔，孔徑為0.6mm，第一電極與第二電極之間極間距與小透氣孔的孔徑的比值為1/4。第二電極中心有1個(gè)小引出孔，孔徑為1.1mm時(shí)，第一電極與第二電極之間極間距與小引出孔的孔徑的比值為15/110，第二電極與第三電極之間的極間距與小引出孔的孔徑的比值為15/110。第三電極有1個(gè)長(zhǎng)寬為1.1×1.1mm、200μm的深槽，第二電極與第三電極極間距與深槽的槽深的比值為3/4。

另一個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)與第一個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)相同，第一電極與第二電極之間、第二電極與第三電極之間的極間距與小透氣孔的孔徑、引出孔的孔徑及深槽的槽深之間的比值分別為6/175、6/275、3/5。

相鄰兩個(gè)傳感器第二電極極板之間和相鄰兩個(gè)傳感器第三電極極板之間間隔均為4mm。

實(shí)施例5與實(shí)施例1實(shí)驗(yàn)條件相同，可合理推斷出采用實(shí)施例5的傳感器能夠獲得相同實(shí)驗(yàn)效果，滿足要求。

下述表1-3分別給出了本發(fā)明傳感器陣列檢測(cè)不同氣體濃度時(shí)的最大靈敏度及對(duì)比。

表1是實(shí)施例1不同溫度下(30～80℃)金納米孔、碳納米管薄膜三電極電離式傳感器陣列檢測(cè)一氧化氮濃度時(shí)的最大靈敏度對(duì)比。

表2是實(shí)施例2不同溫度下(40～80℃)金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列檢測(cè)H₂、C₂H₂濃度時(shí)，H₂、C₂H₂傳感器最大靈敏度。

表3是實(shí)施例3不同溫度下(40～80℃)金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列檢測(cè)H₂、C₂H₂、C₂H₄濃度時(shí)，H₂、C₂H₂、C₂H₄傳感器最大靈敏度。

其中最大靈敏度的計(jì)算式：

(式中：i—不同氣體濃度點(diǎn)序號(hào)，i≥2；I_i—傳感器收集電流平均值；—?dú)怏w濃度值。)

表1

表2

表3

從上述表1-3可以看出，本發(fā)明具有溫度補(bǔ)償功能的金納米孔薄膜三電極電離式傳感器陣列，在陰極表面分布著金納米孔薄膜；引出極雖然增加孔的數(shù)量卻縮小了孔徑；每個(gè)傳感器之間的極間距按照小透氣孔、小引出孔的孔徑和深槽的邊長(zhǎng)、深度設(shè)定。以上材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、制備方法上的改進(jìn)改變了電場(chǎng)分布，增強(qiáng)了粒子擴(kuò)散效果，能夠收集更多的正離子，達(dá)到增加收集電流、提高靈敏度的效果。

雖然本發(fā)明以上述較佳的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出了詳細(xì)的描述，但上述實(shí)施例并不用于限定本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案所給出的技術(shù)特征和結(jié)構(gòu)范圍的情況下，對(duì)技術(shù)特征所作的增加、變形或以本領(lǐng)域同樣內(nèi)容的替換，均應(yīng)屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。