起可測(cè)量的電容變化來(lái)對(duì)待測(cè)氣體進(jìn)行檢測(cè)。
[0033]—種帶有高靈敏濕度檢測(cè)裝置的煤氣管道，其特征在于，所述煤氣管道的外部安裝有濕敏傳感器模塊，由于煤氣管道一般輸送天然氣等可燃、易爆性氣體，煤氣管道的放置地點(diǎn)不可避免會(huì)受到水蒸氣的影響，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致管道腐蝕、泄露，該濕敏傳感器模塊能夠檢測(cè)煤氣管道周邊水汽濃度，進(jìn)而增加其安全系數(shù)。
[0034]結(jié)合圖例對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步說(shuō)明:
[0035]圖1為本發(fā)明的示意圖。10為本發(fā)明的煤氣管道，20為安裝在煤氣管道外部的濕敏傳感器模塊。
[0036]圖2為本發(fā)明的實(shí)施例所提供的濕度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。其中:1_重?fù)诫s硅片，2-S12層，3-下電極，4-碳納米管，5-上電極。
[0037]下面提供5個(gè)實(shí)施例對(duì)所述濕敏傳感器模塊作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0038]實(shí)施例1
[0039]—種帶有高靈敏濕度檢測(cè)裝置的煤氣管道，所述煤氣管道的外部安裝有濕敏傳感器模塊，該濕敏傳感器模塊包括從下到上依次布設(shè)的重?fù)诫s硅片、緊貼重?fù)诫s硅片的S12層、碳納米管層、位于S12層間的下電極和位于碳納米管層上的上電極，所述碳納米管層生長(zhǎng)于S12層上;所述下電極上有金屬薄膜，所述金屬薄膜從內(nèi)到外依次為具有黏附性的Cr層、導(dǎo)電導(dǎo)熱的Cu層和作為電極層的Au層，所述Cr層、Cu層和Au層的厚度依次為70nm、280nm和300nm;所述碳納米管層采用催化劑和/或光刻法實(shí)現(xiàn)其定域生長(zhǎng)，生長(zhǎng)后的所述碳納米管層采用等離子體使其產(chǎn)生羥基修飾，碳納米管層在等離子體羥基修飾之前經(jīng)過了加入微量鎢粉的醋酸和雙氧水混合溶液的處理;所述金屬薄膜的表面緊貼有感測(cè)細(xì)菌生長(zhǎng)的細(xì)菌酶膜層，該細(xì)菌酶膜層與金屬薄膜一起形成感測(cè)水分的細(xì)菌濕敏感測(cè)器;所述下電極和上電極上連接有一個(gè)用于和客戶端通信連接的微控處理器。
[0040]進(jìn)一步的，所述濕敏傳感器的制作包括以下步驟:
[0041]S1: S12層制作:取所述重?fù)诫s硅片，將其放入管式爐中，按照10°C/min的速率升溫到500°C，保溫12h，然后自然冷卻至室溫，即可在重?fù)诫s硅片表面形成S12層；
[0042]S2:下電極制作:將步驟SI中制得的有S12層的重?fù)诫s硅片依次使用丙酮、乙醇、去離子水清洗15min后烘干，在其表面旋涂光刻膠(低速900rpm，15s;高速3500rpm，50s)，使用下電極掩模版對(duì)其曝光，120°C烘干2min后顯影、烘干，在CHF3氣氛下干法刻蝕S12層，刻蝕30min，將刻蝕Si02層清洗后的重?fù)诫s娃片放入磁控派射儀中，在低于1.5 X 10—3pa真空下依次磁控濺射Cr層、Cu層和Au層;將磁控濺射好Cr層、Cu層和Au層的下電極(I)表面固定上細(xì)菌酶膜，然后清洗光刻膠;所述重?fù)诫s硅片的尺寸大小為2cm X 2 cm ；
[0043]S3:氣噴催化劑薄膜，步驟如下:
[0044]a.使用Fe/Ni納米粒子作為碳納米管生長(zhǎng)的催化劑，首先，對(duì)帶有下電極的重?fù)诫s硅片旋涂光刻膠，采用催化劑的定域掩模版對(duì)其進(jìn)行曝光，然后經(jīng)過顯影，清洗備用；
[0045]b.配制催化劑Fe/Ni的分散液:分別稱取200mg、50mg的Fe納米粒子和Ni納米粒子，將其加入60ml的98 %H2SO4和40ml的69 %的HNO3混合溶液中，在80°C水浴中超聲3h，然后用去離子水清洗后過濾，得到干燥的Fe/Ni混合納米粒子，然后稱取10mg的Fe/Ni納米粒子，加入500ml的去離子水中，充分?jǐn)嚢韬蟮玫紽e/Ni混合納米粒子的分散液；
[0046]c.使用高純氮?dú)庾鳛闅鈬娸d體，調(diào)節(jié)噴筆與重?fù)诫s硅片之間的水平和垂直距離，使分散液的溶劑到達(dá)基片上時(shí)剛好揮發(fā)為準(zhǔn)，氣噴5次，每次氣噴20s，使形成一層均勻的厚度約為20nm的催化劑Fe/Ni的混合納米粒子薄膜；
[0047]S4: CVD法生長(zhǎng)碳納米管:
[0048]碳納米管反應(yīng)氣源為CHjPH2的混合氣體，首先將帶有圖案化催化劑粒子的重?fù)诫s硅片進(jìn)行清洗，去除光刻膠，放入反應(yīng)腔中；然后抽真空，達(dá)到真空要求后通入氫氣，施加微波使反映腔中產(chǎn)生等離子體;加熱襯底使其達(dá)到一定的溫度并保持40min，通入甲烷氣體，此時(shí)碳納米管開始生長(zhǎng);在生長(zhǎng)過程中腔中真空度保持不變;經(jīng)過1min左右，關(guān)閉微波源和射頻加熱器，停止通入甲烷氣體，關(guān)閉氫氣，通入氬氣，取出重?fù)诫s硅片的襯底，得到圖案化的碳納米管；
[0049]S5:等離子體處理碳納米管:
[0050]a.首先將40ml的60 %醋酸和20ml的10 %的雙氧水放入燒杯，充分混合，在其中加入微量鎢粉，然后將生長(zhǎng)有圖案化碳納米管的重?fù)诫s硅片的襯底放入，靜置2h;
[0051]b.把生長(zhǎng)有碳納米管的重?fù)诫s硅片的襯底送進(jìn)等離子體發(fā)生器中，抽真空至1.0X 10—1Pa以下，然后以惰性氣體N2為載氣，將反應(yīng)物氨水隨N2氣流帶入儀器中，使氣流流速穩(wěn)定在20mL/min，等待lh，打開功率源，調(diào)節(jié)至50W，儀器中產(chǎn)生輝光，在等離子體作用下，氣體分子價(jià)鍵被破壞，大量羥基產(chǎn)生，碳納米管在醋酸和雙氧水的環(huán)境中經(jīng)過鎢粉的作用，碳納米管被產(chǎn)生的羥基修飾，等離子體處理30min后，關(guān)閉功率源，取出襯底；
[0052]S6:制備上電極:將步驟SI?S5中得到的重?fù)诫s硅片用臭氧清洗20min，覆蓋上電極的陶瓷掩模版，然后將重?fù)诫s硅片放入磁控濺射儀中，在低于1.5 X 10—3pa真空下濺射具有Au層的上電極，其中，Au層的厚度約200nm;
[0053]S7:焊接封裝:分別用引線使上電極和下電極連接，對(duì)所述濕敏傳感器進(jìn)行封裝，并把數(shù)字電橋與碳納米管電容式濕敏傳感器焊接，數(shù)字電橋用來(lái)讀取在濕度變化環(huán)境下濕敏傳感器的電容變化，以此來(lái)標(biāo)定水蒸氣濃度。
[0054]測(cè)試數(shù)據(jù):將碳納米管電容式濕敏傳感器放置在一個(gè)金屬密封腔(Im3)中，金屬密封腔帶有進(jìn)氣口和出氣口。測(cè)試時(shí)，數(shù)字電橋輸出頻率為50Hz，測(cè)試溫度為20°C，然后控制相對(duì)濕度變化范圍為5%?95%，讀取電容值隨濕度變化情況；
[0055]該碳納米管電容式濕敏傳感器的靈敏度定義為:ICRH—Cn I/C11X 100%，其中Crh為測(cè)試環(huán)境濕度下得到的傳感器電容值，C11為相對(duì)濕度11%下傳感器的電容值。該碳納米管電容式濕敏傳感器的響應(yīng)或恢復(fù)時(shí)間定義為測(cè)試電容值在11 % RH到75 % RH的變化量達(dá)到總變化量80%所用的時(shí)間；
[0056]測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在95%的相對(duì)濕度下，靈敏度高達(dá)3626，最佳響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別為6s和13s，并且經(jīng)過2000次重復(fù)測(cè)試，其電容的衰減值小于10%。該煤氣管道的碳納米管電容式傳感器的電容隨環(huán)境相對(duì)濕度線性變化良好，靈敏度高，響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性好。
[0057]實(shí)施例2
[0058]—種帶有高靈敏濕度檢測(cè)裝置的煤氣管道，所述煤氣管道的外部安裝有濕敏傳感器模塊，該濕敏傳感器模塊包括從下到上依次布設(shè)的重?fù)诫s硅片、緊貼重?fù)诫s硅片的S12層、碳納米管層、位于S12層間的下電極和位于碳納米管層上的上電極，所述碳納米管層生長(zhǎng)于S12層上;所述下電極上有金屬薄膜，所述金屬薄膜從內(nèi)到外依次為具有黏附性的Cr層、導(dǎo)電導(dǎo)熱的Cu層和作為電極層的Au層，所述Cr層、Cu層和Au層的厚度依次為60nm、400nm和500nm;所述碳納米管層采用催化劑和/或光刻法實(shí)現(xiàn)其定域生長(zhǎng)，生長(zhǎng)后的所述碳納米管層采用等離子體使其產(chǎn)生羥基修飾，碳納米管層在等離子體羥基修飾之前經(jīng)過了加入微量鎢粉的醋酸和雙氧水混合溶液的處理;所述金屬薄膜的表面緊貼有感測(cè)細(xì)菌生長(zhǎng)的細(xì)菌酶膜層，該細(xì)菌酶膜層與金屬薄膜一起形成感測(cè)水分的細(xì)菌濕敏感測(cè)器;所述下電極和上電極上連接有一個(gè)用于和客戶端通信連接的微控處理器。
[0059]進(jìn)一步的，所述濕敏傳感器的制作包括以下步驟:
[0060]S1: S12層制作:取所述重?fù)诫s硅片，將其放入管式爐中，按照15°C/min的速率升溫到500°C，保溫12h，然后自然冷卻至室溫，即可在重?fù)诫s硅片表面形成S12層；
[0061 ] S2:下電極制作:將步驟SI中制得的有S12層的重?fù)诫s硅片依次使用丙酮、乙醇、去離子水清洗15min后烘干，在其表面旋涂光刻膠(低速900rpm，15s;高速3500rpm，50s)，使用下電極掩模版對(duì)其曝光，120°C烘干2min后顯影、烘干，在CHF3氣氛下干法刻蝕S12層，刻蝕30min，將刻蝕Si02層清洗后的重?fù)诫s娃片放入磁控派射儀中，在低于1.5 X 10—3pa真空下依次磁控濺射Cr層、Cu層和Au層;將磁控濺射好Cr層、Cu層和Au層的下電極(I)表面固定上細(xì)菌酶膜，然后清洗光刻膠;所述重?fù)诫s硅片的尺寸大小為2cm X 2 cm ；
[0062]S3:氣噴催化劑薄膜，步驟如下:
[0063]a.使用Fe/Ni納米粒子作為碳納米管生長(zhǎng)的催化劑，首先，對(duì)帶有下電極的重?fù)诫s硅片旋涂光刻膠，采用催化劑的定域掩模版對(duì)其進(jìn)行曝光，然后經(jīng)過顯影，清洗備用；
[0064]b.配制催化劑Fe/Ni的分散液:分別稱取200mg、60mg的Fe納米粒子和Ni