一種能夠?qū)崿F(xiàn)可視化功能的傳感裝置的制造方法
【專利摘要】本申請(qǐng)涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)可視化功能的傳感裝置，該傳感裝置基于氣致變色氣體傳感器，所述氣致變色氣體傳感器包括敏感單元、加熱單元和數(shù)據(jù)讀取單元；所述加熱單元和數(shù)據(jù)讀取單元與敏感單元的氧化鎢氣敏薄膜連接；所述加熱單元作為氧化鎢氣敏薄膜工作時(shí)的加熱源；所述敏感單元為中部為中空結(jié)構(gòu)的雙層結(jié)構(gòu)；該傳感裝置基于WO3納米材料的氣敏性質(zhì)和氣致變色性質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣的可視化檢測(cè)，反應(yīng)響應(yīng)時(shí)間短，靈敏度高，并且使用方便，易于操作，達(dá)到準(zhǔn)確及時(shí)檢測(cè)氫氣泄漏的目的。
【專利說明】
一種能夠?qū)崿F(xiàn)可視化功能的傳感裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本申請(qǐng)涉及氣體傳感領(lǐng)域，具體涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)可視化功能的傳感裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體傳感器是一種能夠感知周圍環(huán)境目標(biāo)氣體濃度變化并進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)的裝置或器件，其所依據(jù)的是物理原理或化學(xué)反應(yīng)等，氣敏傳感器的類型主要有半導(dǎo)體氣敏傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器、光學(xué)式氣敏傳感器等。
[0003]W03是一種理想的可控變色材料，可實(shí)現(xiàn)對(duì)可見光及近紅外輻射透過率的連續(xù)調(diào)節(jié)。從1969年Deb首次報(bào)道的非晶W03薄膜的電致變色效應(yīng)以來，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)其氣致變色、光致變色、熱致變色等性能，同時(shí)，作為過渡金屬氧化物，三氧化鎢對(duì)某些氣體，如N02、N0、NH3、H2、H2S等均表現(xiàn)敏感特性;與電致變色器件相比，W03氣致變色器件具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本相對(duì)低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此將其氣致變色特性與氣敏特性相結(jié)合，對(duì)氣敏光學(xué)型傳感器件的發(fā)展有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N能夠?qū)崿F(xiàn)可視化功能的傳感裝置。
[0005]根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的第一方面，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)可視化功能的傳感裝置，所述傳感裝置基于氣致變色氣體傳感器，所述氣致變色氣體傳感器基于WO3氣敏材料和WO3氣致變色材料;所述氣致變色氣體傳感器包括敏感單元、加熱單元和數(shù)據(jù)讀取單元;所述加熱單元和數(shù)據(jù)讀取單元與敏感單元的氧化媽氣敏薄膜連接;所述加熱單元作為氧化媽氣敏薄膜工作時(shí)的加熱源;數(shù)據(jù)讀取單元處理氧化鎢氣敏薄膜的電導(dǎo)率變化信號(hào)以顯示目標(biāo)氣體的濃度值;所述敏感單元為中空結(jié)構(gòu)的雙層結(jié)構(gòu)，形成雙層結(jié)構(gòu)的A面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)相對(duì)放置，距離500μπι，Α面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)交接的周邊采用膠體密封;所述A面包括石英玻璃基底、叉指電極層和WO3氣敏薄膜層，WO3氣敏薄膜層為摻雜SnO2的WO3薄膜，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)NO2氣體的檢測(cè)，所述B面包括石英玻璃基底和WO3氣致變色層，WO3氣致變色層為WO3納米線薄膜摻雜ΖηΤΡΡ-2-Ν02，利用氣致變色原理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣的可視化檢測(cè);所述B面結(jié)構(gòu)上還設(shè)置有2個(gè)用于目標(biāo)氣體透入的透氣孔。A面中，所述SnO2的顆粒度小于30nm，所述WO3氣敏薄膜層厚度為500nm ； B面中，所述WO3納米線長(zhǎng)度約Iym，直徑約80nm。
[0006]根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的第二方面，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)可視化功能的傳感裝置的制備方法，優(yōu)選地，所述氣致變色氣體傳感器的敏感單元的制作包括以下步驟:
[0007]S1、制備A面結(jié)構(gòu)，包括以下實(shí)施步驟:(I)取一定尺寸(4cm X 4cm)的石英玻璃基底，依次經(jīng)過丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗20min; (2)在石英玻璃基底上旋涂一層光刻膠，厚度lwii，在叉指電極掩模版覆蓋下曝光6s，然后經(jīng)過顯影50s后用去離子水清洗，采用磁控濺射方法鍍一層300nm厚的Cr膜作為叉指電極層，然后去除光刻膠；(3)將石英玻璃基底放入磁控派射儀中，抽真空至5X 10—4Pa以下，通入Ar和02的混合氣體，調(diào)節(jié)Ar:02比例為5:1，工作壓強(qiáng)為2.4Pa，在靶材為純度99.96%的金屬W靶磁控濺射28min，靶材為純度98%的金屬錫靶磁控濺射2min，得到摻雜SnO2的WO3薄膜，即WO3氣敏薄膜層；
[0008]S2、制備B面結(jié)構(gòu)，包括以下實(shí)施步驟:(1)取相同尺寸(4cmX4cm)的石英玻璃基底，依次經(jīng)過丙酮、乙醇、去離子水、NaOH水溶液、去離子水超聲清洗，時(shí)間均為20min; (2)取20g鎢酸鈉溶于200ml水中，加入過量的濃鹽酸得到活性鎢酸沉淀，將其過濾，再用去離子水清洗直至檢測(cè)不到氯離子，然后將活性鎢酸沉淀溶于過氧化氫中，制得溶膠，旋涂于石英玻璃基底上，350°C處理Ih獲得種子層，厚度為20nm;(3)取鎢酸鈉粉末4.12g溶于60ml去離子水，用3M HCl溶液調(diào)節(jié)其pH為2.0，然后加入2.lg(0.3M)硫酸銨作為控制劑，將石英玻璃基底平放在去離子水中，攪拌I小時(shí)后，倒入不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，在烘箱中加熱至150°C保持10h，然后取出石英玻璃基底用去離子水清洗；(4)選用三氯甲烷為溶劑，取3.8g ZnTPP-2-NO2配制成5.0mg/ml的溶液，超聲處理20min，使溶液均勻，通過滴膠方式將所制溶液滴涂在石英玻璃基底表面，設(shè)定旋涂速度為3400rpm，旋涂時(shí)間為70s，最后將石英玻璃基底在真空干燥箱中60°C下干燥12h，得到摻雜ZnTPP-2-N02的WO3納米線薄膜，即WO3氣致變色層；
[0009]S3、組裝:將制作完成的A面、B面結(jié)構(gòu)相對(duì)放置，距離500μπι，Α面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)交接的周邊采用膠體密封，即得所述氣致變色氣體傳感器的敏感單元。
[0010]本申請(qǐng)的實(shí)施例提供的技術(shù)方案包括以下有益效果:
[0011]1.結(jié)構(gòu)方面，創(chuàng)造性的采用雙層膜結(jié)構(gòu)，結(jié)合了氧化鎢材料的氣敏特性和氣致變色特性，增大了器件的應(yīng)用范圍；
[0012]2.氧化鎢氣敏薄膜基于薄膜型電阻傳感器，薄膜通過磁控濺射方法制作，制作過程中通過控制氧分壓與摻雜氧化錫，使得薄膜對(duì)NO2的選擇性與靈敏度均大大提高；
[0013]3.氧化鎢氣致變色薄膜為氧化鎢納米線摻雜四苯基卟啉鋅衍生物(ΖηΤΡΡ-2-Ν02)材料，該摻雜材料作為催化劑，大大提高了氧化鎢納米線對(duì)出的反應(yīng)活性，提高了靈敏度，并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)氫氣的“可視嗅覺”測(cè)量。
[0014]本申請(qǐng)附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請(qǐng)的實(shí)踐了解到。應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本申請(qǐng)。
【附圖說明】
[0015]此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實(shí)施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0016]圖1是本發(fā)明采用的氣致變色氣體傳感器中敏感單元的示意圖。
[0017]圖2是制備圖1中的敏感單元的流程圖。
[0018]其中:1-石英玻璃基底，2-叉指電極層，3-W03氣敏薄膜層，4-中空結(jié)構(gòu)，5_W03氣致變色層。
【具體實(shí)施方式】
[0019]這里將詳細(xì)地對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時(shí)，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實(shí)施例中所描述的實(shí)施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實(shí)施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。
[0020]下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本申請(qǐng)的公開，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本申請(qǐng)。此外，本申請(qǐng)可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不只是所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此夕卜，本申請(qǐng)?zhí)峁┝说母鞣N特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其他工藝的可應(yīng)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”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。
[0021]在本申請(qǐng)的描述中，需要說明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。
[0022]現(xiàn)代社會(huì)，隨著經(jīng)濟(jì)與工業(yè)的不斷發(fā)展，人類對(duì)各種自然資源的消耗不斷增加，由于追求經(jīng)濟(jì)目標(biāo)與環(huán)保意識(shí)的欠缺，環(huán)境的污染問題越發(fā)嚴(yán)重。與此同時(shí)，表現(xiàn)在氣體方面，生產(chǎn)生活中排放的各種易燃、易爆、有毒氣體以及環(huán)境中氣體的泄露、污染也是人們財(cái)產(chǎn)安全與人身安全的一大威脅。因此，氣體傳感器技術(shù)是當(dāng)前研究的重要課題之一。氣體傳感器是一種能夠感知周圍環(huán)境目標(biāo)氣體濃度變化并進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)的裝置或器件，其所依據(jù)的是物理原理或化學(xué)反應(yīng)等，氣敏傳感器的類型主要有半導(dǎo)體氣敏傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器、光學(xué)式氣敏傳感器等。WO3是一種理想的可控變色材料，可實(shí)現(xiàn)對(duì)可見光及近紅外輻射透過率的連續(xù)調(diào)節(jié)。從1969年Deb首次報(bào)道的非晶WO3薄膜的電致變色效應(yīng)以來，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)其氣致變色、光致變色、熱致變色等性能，同時(shí)，作為過渡金屬氧化物，三氧化鎢對(duì)某些氣體，如NO2、N0、冊(cè)3、H2、H2S等均表現(xiàn)敏感特性；與電致變色器件相比，WO3氣致變色器件具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本相對(duì)低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此將其氣致變色特性與氣敏特性相結(jié)合，對(duì)氣敏光學(xué)型傳感器件的發(fā)展有重要意義。
[0023]本申請(qǐng)中采用的氣敏傳感器的工作原理為:氣敏傳感器是傳感技術(shù)的一個(gè)重要分支。根據(jù)結(jié)構(gòu)和材料等可將氣敏傳感器分為不同類型，其中，金屬氧化物氣敏傳感器所采用的主要敏感材料是寬禁帶η型金屬氧化物半導(dǎo)體，其對(duì)多種氣體均表現(xiàn)良好的敏感特性。
[0024]半導(dǎo)體金屬氧化物氣敏傳感器的敏感機(jī)理為:敏感材料被制作成為薄膜等利于接觸大氣的結(jié)構(gòu)，在加熱情況下，當(dāng)其暴露于大氣中時(shí)，敏感材料的表面總是會(huì)吸附一定量的氧離子，形成表面勢(shì)皇和空間電荷層，會(huì)使敏感材料的表面電子濃度下降，進(jìn)而電導(dǎo)率下降；當(dāng)目標(biāo)氣體為還原性氣體時(shí)(如C(KH2)，該還原性氣體會(huì)吸附在敏感材料表面，并與表面的氧發(fā)生反應(yīng)，使表面電子濃度上升，電導(dǎo)率隨之上升；當(dāng)目標(biāo)氣體為氧化性氣體時(shí)(如NO2)，該氧化性氣體在敏感材料表面的吸附更進(jìn)一步增加了氧的吸附量，使得敏感材料的電導(dǎo)率進(jìn)一步下降；即目標(biāo)氣體的濃度與敏感材料的電導(dǎo)率有相關(guān)性，由此，通過測(cè)定敏感材料電導(dǎo)率的變化從而測(cè)定目標(biāo)氣體的濃度。
[0025]氣致變色是指材料接觸到某些氣體后，因?yàn)榘l(fā)生的可逆化學(xué)反應(yīng)使得材料產(chǎn)生對(duì)特性波長(zhǎng)的光吸收的顯色效應(yīng)，材料的吸收光譜會(huì)發(fā)生變化，宏觀表現(xiàn)為材料顏色的變化。具體到WO3接觸氫氣后，其與氫氣發(fā)生可逆反應(yīng)，會(huì)形成鎢青銅結(jié)構(gòu)(HxWO4),由于該結(jié)構(gòu)為藍(lán)色，表現(xiàn)為WO3薄膜的顏色會(huì)由原來的透明變色藍(lán)色，又因?yàn)楸∧ゎ伾淖兓瘯?huì)使得其透過的光強(qiáng)度發(fā)生變化，即薄膜的透光率發(fā)生變化，因此可以通過測(cè)量薄膜的透光率測(cè)定氫氣的濃度。
[0026]本申請(qǐng)基于WO3材料的氣致變色性質(zhì)和氣敏性質(zhì)，通過雙層膜結(jié)構(gòu)將其結(jié)合;一方面，WO3氣敏薄膜可以在外接電源和加熱的情況下測(cè)量NO2濃度，另一方面，在不能加熱和不加電等有特殊要求的環(huán)境下，WO3氣敏薄膜材料表現(xiàn)出局限性，此時(shí)可以通過WO3氣致變色薄膜對(duì)H2進(jìn)行檢測(cè)。
[0027]實(shí)施例1:
[0028]提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)可視化功能的傳感裝置，所述傳感裝置基于氣致變色氣體傳感器，所述氣致變色氣體傳感器基于WO3氣敏材料和WO3氣致變色材料;所述氣致變色氣體傳感器包括敏感單元、加熱單元和數(shù)據(jù)讀取單元;所述加熱單元和數(shù)據(jù)讀取單元與敏感單元的氧化媽氣敏薄膜連接;所述加熱單元作為氧化媽氣敏薄膜工作時(shí)的加熱源;數(shù)據(jù)讀取單元處理氧化鎢氣敏薄膜的電導(dǎo)率變化信號(hào)以顯示目標(biāo)氣體的濃度值。
[0029]圖1是本發(fā)明采用的氣致變色氣體傳感器中敏感單元的示意圖。參照?qǐng)D1，該敏感單元為中空結(jié)構(gòu)的雙層結(jié)構(gòu)，形成雙層結(jié)構(gòu)的A面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)相對(duì)放置，距離500μπι，Α面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)交接的周邊采用膠體密封;所述A面包括石英玻璃基底、叉指電極層和WO3氣敏薄膜層，WO3氣敏薄膜層為摻雜SnO2的WO3薄膜，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)NO2氣體的檢測(cè)，所述B面包括石英玻璃基底和WO3氣致變色層，WO3氣致變色層為WO3納米線薄膜摻雜ΖηΤΡΡ-2-Ν02，利用氣致變色原理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣的可視化檢測(cè);所述B面結(jié)構(gòu)上還設(shè)置有2個(gè)用于目標(biāo)氣體透入的透氣孔。A面中，所述Sn02的顆粒度小于30nm，所述W03氣敏薄膜層厚度為500nm;B面中，所述W03納米線長(zhǎng)度約Iym，直徑約80nm ；
[0030]圖2是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的制備敏感單元的流程圖，如圖2所示，包括以下步驟:
[0031 ] S1、制備A面結(jié)構(gòu)，包括以下實(shí)施步驟:(I)取一定尺寸(4cm X 4cm)的石英玻璃基底，依次經(jīng)過丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗20min; (2)在石英玻璃基底上旋涂一層光刻膠，厚度lwii，在叉指電極掩模版覆蓋下曝光6s，然后經(jīng)過顯影50s后用去離子水清洗，采用磁控濺射方法鍍一層300nm厚的Cr膜作為叉指電極層，然后去除光刻膠；(3)將石英玻璃基底放入磁控派射儀中，抽真空至5X 10—4Pa以下，通入Ar和02的混合氣體，調(diào)節(jié)Ar:02比例為5:1，工作壓強(qiáng)為2.4Pa，在靶材為純度99.96%的金屬W靶磁控濺射28min，靶材為純度98%的金屬錫靶磁控濺射2min，得到摻雜SnO2的WO3薄膜，即WO3氣敏薄膜層；
[0032]S2、制備B面結(jié)構(gòu)，包括以下實(shí)施步驟:(1)取相同尺寸(4cmX4cm)的石英玻璃基底，依次經(jīng)過丙酮、乙醇、去離子水、NaOH水溶液、去離子水超聲清洗，時(shí)間均為20min; (2)取20g鎢酸鈉溶于200ml水中，加入過量的濃鹽酸得到活性鎢酸沉淀，將其過濾，再用去離子水清洗直至檢測(cè)不到氯離子，然后將活性鎢酸沉淀溶于過氧化氫中，制得溶膠，旋涂于石英玻璃基底上，350°C處理Ih獲得種子層，厚度為20nm;(3)取鎢酸鈉粉末4.12g溶于60ml去離子水，用3M HCl溶液調(diào)節(jié)其pH為2.0，然后加入2.lg(0.3M)硫酸銨作為控制劑，將石英玻璃基底平放在去離子水中，攪拌I小時(shí)后，倒入不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，在烘箱中加熱至150°C保持10h，然后取出石英玻璃基底用去離子水清洗；(4)選用三氯甲烷為溶劑，取3.8g ZnTPP-2-NO2配制成5.0mg/ml的溶液，超聲處理20min，使溶液均勻，通過滴膠方式將所制溶液滴涂在石英玻璃基底表面，設(shè)定旋涂速度為3400rpm，旋涂時(shí)間為70s，最后將石英玻璃基底在真空干燥箱中60°C下干燥12h，得到摻雜ZnTPP-2-N02的WO3納米線薄膜，即WO3氣致變色層；
[0033]S3、組裝:將制作完成的A面、B面結(jié)構(gòu)相對(duì)放置，距離500μπι，Α面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)交接的周邊采用膠體密封，即得所述氣致變色氣體傳感器的敏感單元。
[0034]關(guān)于上述實(shí)施例中的裝置，其中各個(gè)模塊執(zhí)行操作的具體方式已經(jīng)在有關(guān)該方法的實(shí)施例中進(jìn)行了詳細(xì)描述，此處將不做詳細(xì)闡述說明。
[0035]數(shù)據(jù)測(cè)試:
[0036]A面中，氣敏測(cè)試在氣敏元件測(cè)試系統(tǒng)上完成，將制作好的器件放入石英管中，加熱單元加熱使敏感單元的工作溫度為120°C，待穩(wěn)定后，通入由空氣和一定濃度NO2配置的混合氣體，保持30min，再次通入純空氣，記錄WO3氣敏薄膜層的電阻值，分別為R(M)2)和R(air)，定義氣敏靈敏度為:S = R(N02)/R(air)，響應(yīng)時(shí)間定義為通入測(cè)試氣體后電阻變化至IJ最大變化電阻的80%所需要的時(shí)間。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該氧化鎢氣敏薄膜在Sppm濃度的NO2氣體中靈敏度為30;最小響應(yīng)時(shí)間為12s;經(jīng)過100次疲勞測(cè)試，電阻響應(yīng)值下降到原來的90%。WO3氣敏薄膜表現(xiàn)出良好的靈敏度、響應(yīng)時(shí)間和重復(fù)性。
[0037]B面中，采用分光光度計(jì)對(duì)不同濃度出氣氛中WO3氣致變色層進(jìn)行透光率測(cè)試，定義T0為未通H2時(shí)樣品的透光率，T為通入一定濃度出時(shí)樣品的透光率，相對(duì)透光率:，在通入H2濃度為5000ppm時(shí)，相對(duì)透光率隨波長(zhǎng)變化，最小為4%，最大為63.5%,并且經(jīng)過約1min，相對(duì)透光率趨于穩(wěn)定，可見隨被測(cè)氣體通入，氧化鎢氣致變色層透光率下降，表現(xiàn)為薄膜顏色由原來的透明變?yōu)樗{(lán)色，響應(yīng)時(shí)間短，表現(xiàn)良好的氣致變色性能。
[0038]測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該傳感裝置基于氣致變色氣體傳感器，利用氣致變色原理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣的可視化檢測(cè)，并且響應(yīng)時(shí)間短，靈敏度高，變色范圍較大，實(shí)現(xiàn)了意想不到的效果，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0039]實(shí)施例2:
[0040]提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)可視化功能的傳感裝置，所述傳感裝置基于氣致變色氣體傳感器，所述氣致變色氣體傳感器基于WO3氣敏材料和WO3氣致變色材料;所述氣致變色氣體傳感器包括敏感單元、加熱單元和數(shù)據(jù)讀取單元;所述加熱單元和數(shù)據(jù)讀取單元與敏感單元的氧化媽氣敏薄膜連接;所述加熱單元作為氧化媽氣敏薄膜工作時(shí)的加熱源;數(shù)據(jù)讀取單元處理氧化鎢氣敏薄膜的電導(dǎo)率變化信號(hào)以顯示目標(biāo)氣體的濃度值。
[0041]圖1是本發(fā)明采用的氣致變色氣體傳感器中敏感單元的示意圖。參照?qǐng)D1，該敏感單元為中空結(jié)構(gòu)的雙層結(jié)構(gòu)，形成雙層結(jié)構(gòu)的A面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)相對(duì)放置，距離500μπι，Α面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)交接的周邊采用膠體密封;所述A面包括石英玻璃基底、叉指電極層和WO3氣敏薄膜層，WO3氣敏薄膜層為摻雜SnO2的WO3薄膜，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)NO2氣體的檢測(cè)，所述B面包括石英玻璃基底和WO3氣致變色層，WO3氣致變色層為WO3納米線薄膜摻雜ΖηΤΡΡ-2-Ν02，利用氣致變色原理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣的可視化檢測(cè);所述B面結(jié)構(gòu)上還設(shè)置有2個(gè)用于目標(biāo)氣體透入的透氣孔。A面中，所述Sn02的顆粒度小于35nm，所述W03氣敏薄膜層厚度為500nm;B面中，所述W03納米線長(zhǎng)度約Iym，直徑約60nm ；
[0042]圖2是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的制備敏感單元的流程圖，如圖2所示，包括以下步驟:
[0043]S1、制備A面結(jié)構(gòu)，包括以下實(shí)施步驟:(I)取一定尺寸(4cm X 4cm)的石英玻璃基底，依次經(jīng)過丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗20min; (2)在石英玻璃基底上旋涂一層光刻膠，厚度lwii，在叉指電極掩模版覆蓋下曝光6s，然后經(jīng)過顯影50s后用去離子水清洗，采用磁控濺射方法鍍一層300nm厚的Cr膜作為叉指電極層，然后去除光刻膠；(3)將石英玻璃基底放入磁控派射儀中，抽真空至5X 10—4Pa以下，通入Ar和02的混合氣體，調(diào)節(jié)Ar:02比例為5:1，工作壓強(qiáng)為2.4Pa，在靶材為純度99.96%的金屬W靶磁控濺射28min，靶材為純度98%的金屬錫靶磁控濺射2min，得到摻雜SnO2的WO3薄膜，即WO3氣敏薄膜層；
[0044]S2、制備B面結(jié)構(gòu)，包括以下實(shí)施步驟:(1)取相同尺寸(4cmX4cm)的石英玻璃基底，依次經(jīng)過丙酮、乙醇、去離子水、NaOH水溶液、去離子水超聲清洗，時(shí)間均為20min; (2)取20g鎢酸鈉溶于200ml水中，加入過量的濃鹽酸得到活性鎢酸沉淀，將其過濾，再用去離子水清洗直至檢測(cè)不到氯離子，然后將活性鎢酸沉淀溶于過氧化氫中，制得溶膠，旋涂于石英玻璃基底上，330°C處理Ih獲得種子層，厚度為20nm;(3)取鎢酸鈉粉末4.12g溶于80ml去離子水，用3M HCl溶液調(diào)節(jié)其pH為2.0，然后加入2.lg(0.3M)硫酸銨作為控制劑，將石英玻璃基底平放在去離子水中，攪拌I小時(shí)后，倒入不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，在烘箱中加熱至150°C保持10h，然后取出石英玻璃基底用去離子水清洗；(4)選用三氯甲烷為溶劑，取3.8g ZnTPP-2-NO2配制成5.4mg/ml的溶液，超聲處理20min，使溶液均勻，通過滴膠方式將所制溶液滴涂在石英玻璃基底表面，設(shè)定旋涂速度為3400rpm，旋涂時(shí)間為70s，最后將石英玻璃基底在真空干燥箱中60°C下干燥12h，得到摻雜ZnTPP-2-N02的WO3納米線薄膜，即WO3氣致變色層；
[0045]S3、組裝:將制作完成的A面、B面結(jié)構(gòu)相對(duì)放置，距離500μπι，Α面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)交接的周邊采用膠體密封，即得所述氣致變色氣體傳感器的敏感單元。
[0046]關(guān)于上述實(shí)施例中的裝置，其中各個(gè)模塊執(zhí)行操作的具體方式已經(jīng)在有關(guān)該方法的實(shí)施例中進(jìn)行了詳細(xì)描述，此處將不做詳細(xì)闡述說明。
[0047]數(shù)據(jù)測(cè)試:
[0048]A面中，氣敏測(cè)試在氣敏元件測(cè)試系統(tǒng)上完成，將制作好的器件放入石英管中，加熱單元加熱使敏感單元的工作溫度為120°C，待穩(wěn)定后，通入由空氣和一定濃度NO2配置的混合氣體，保持30min，再次通入純空氣，記錄WO3氣敏薄膜層的電阻值，分別為R(M)2)和R(air)，定義氣敏靈敏度為:S = R(N02)/R(air)，響應(yīng)時(shí)間定義為通入測(cè)試氣體后電阻變化至IJ最大變化電阻的80%所需要的時(shí)間。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該氧化鎢氣敏薄膜在Sppm濃度的NO2氣體中靈敏度為37;最小響應(yīng)時(shí)間為15s;經(jīng)過100次疲勞測(cè)試，電阻響應(yīng)值下降到原來的86%。WO3氣敏薄膜表現(xiàn)出良好的靈敏度、響應(yīng)時(shí)間和重復(fù)性。
[0049]B面中，采用分光光度計(jì)對(duì)不同濃度出氣氛中WO3氣致變色層進(jìn)行透光率測(cè)試，定義T0為未通H2時(shí)樣品的透光率，T為通入一定濃度出時(shí)樣品的透光率，相對(duì)透光率:，在通入H2濃度為5000ppm時(shí)，相對(duì)透光率隨波長(zhǎng)變化，最小為7%，最大為67%，并且經(jīng)過約1min，相對(duì)透光率趨于穩(wěn)定，可見隨被測(cè)氣體通入，氧化鎢氣致變色層透光率下降，表現(xiàn)為薄膜顏色由原來的透明變?yōu)樗{(lán)色，響應(yīng)時(shí)間短，表現(xiàn)良好的氣致變色性能。
[0050]測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該傳感裝置基于氣致變色氣體傳感器，利用氣致變色原理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣的可視化檢測(cè)，并且響應(yīng)時(shí)間短，靈敏度高，變色范圍較大，實(shí)現(xiàn)了意想不到的效果，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0051 ] 實(shí)施例3:
[0052]提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)可視化功能的傳感裝置，所述傳感裝置基于氣致變色氣體傳感器，所述氣致變色氣體傳感器基于WO3氣敏材料和WO3氣致變色材料;所述氣致變色氣體傳感器包括敏感單元、加熱單元和數(shù)據(jù)讀取單元;所述加熱單元和數(shù)據(jù)讀取單元與敏感單元的氧化媽氣敏薄膜連接;所述加熱單元作為氧化媽氣敏薄膜工作時(shí)的加熱源;數(shù)據(jù)讀取單元處理氧化鎢氣敏薄膜的電導(dǎo)率變化信號(hào)以顯示目標(biāo)氣體的濃度值。
[0053]圖1是本發(fā)明采用的氣致變色氣體傳感器中敏感單元的示意圖。參照?qǐng)D1，該敏感單元為中空結(jié)構(gòu)的雙層結(jié)構(gòu)，形成雙層結(jié)構(gòu)的A面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)相對(duì)放置，距離500μπι，Α面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)交接的周邊采用膠體密封;所述A面包括石英玻璃基底、叉指電極層和WO3氣敏薄膜層，WO3氣敏薄膜層為摻雜SnO2的WO3薄膜，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)NO2氣體的檢測(cè)，所述B面包括石英玻璃基底和WO3氣致變色層，WO3氣致變色層為WO3納米線薄膜摻雜ΖηΤΡΡ-2-Ν02，利用氣致變色原理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣的可視化檢測(cè);所述B面結(jié)構(gòu)上還設(shè)置有2個(gè)用于目標(biāo)氣體透入的透氣孔。A面中，所述Sn02的顆粒度小于60nm，所述W03氣敏薄膜層厚度為500nm;B面中，所述W03納米線長(zhǎng)度約Iym，直徑約90nm ；
[0054]圖2是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的制備敏感單元的流程圖，如圖2所示，包括以下步驟:
[0055]S1、制備A面結(jié)構(gòu)，包括以下實(shí)施步驟:(I)取一定尺寸(4cmX4cm)的石英玻璃基底，依次經(jīng)過丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗20min; (2)在石英玻璃基底上旋涂一層光刻膠，厚度1.5μπι，在叉指電極掩模版覆蓋下曝光6s，然后經(jīng)過顯影50s后用去離子水清洗，采用磁控濺射方法鍍一層300nm厚的Cr膜作為叉指電極層，然后去除光刻膠；(3)將石英玻璃基底放入磁控派射儀中，抽真空至5X 10—4Pa以下，通入Ar和02的混合氣體，調(diào)節(jié)Ar:02比例為5:1，工作壓強(qiáng)為2.4Pa，在靶材為純度99.96 %的金屬W靶磁控濺射28min，靶材為純度98 %的金屬錫靶磁控濺射2min，得到摻雜SnO2的WO3薄膜，即WO3氣敏薄膜層；
[0056]S2、制備B面結(jié)構(gòu)，包括以下實(shí)施步驟:(1)取相同尺寸(4cmX4cm)的石英玻璃基底，依次經(jīng)過丙酮、乙醇、去離子水、NaOH水溶液、去離子水超聲清洗，時(shí)間均為20min; (2)取22g鎢酸鈉溶于200ml水中，加入過量的濃鹽酸得到活性鎢酸沉淀，將其過濾，再用去離子水清洗直至檢測(cè)不到氯離子，然后將活性鎢酸沉淀溶于過氧化氫中，制得溶膠，旋涂于石英玻璃基底上，350°C處理Ih獲得種子層，厚度為20nm;(3)取鎢酸鈉粉末4.12g溶于60ml去離子水，用3M HCl溶液調(diào)節(jié)其pH為2.0，然后加入2.lg(0.3M)硫酸銨作為控制劑，將石英玻璃基底平放在去離子水中，攪拌I小時(shí)后，倒入不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，在烘箱中加熱至150°C保持10h，然后取出石英玻璃基底用去離子水清洗；(4)選用三氯甲烷為溶劑，取3.8g ZnTPP-2-NO2配制成5.0mg/ml的溶液，超聲處理20min，使溶液均勻，通過滴膠方式將所制溶液滴涂在石英玻璃基底表面，設(shè)定旋涂速度為3400rpm，旋涂時(shí)間為70s，最后將石英玻璃基底在真空干燥箱中60°C下干燥12h，得到摻雜ZnTPP-2-N02的WO3納米線薄膜，即WO3氣致變色層；
[0057]S3、組裝:將制作完成的A面、B面結(jié)構(gòu)相對(duì)放置，距離500μπι，Α面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)交接的周邊采用膠體密封，即得所述氣致變色氣體傳感器的敏感單元。
[0058]關(guān)于上述實(shí)施例中的裝置，其中各個(gè)模塊執(zhí)行操作的具體方式已經(jīng)在有關(guān)該方法的實(shí)施例中進(jìn)行了詳細(xì)描述，此處將不做詳細(xì)闡述說明。
[0059]數(shù)據(jù)測(cè)試:
[0060]A面中，氣敏測(cè)試在氣敏元件測(cè)試系統(tǒng)上完成，將制作好的器件放入石英管中，加熱單元加熱使敏感單元的工作溫度為120°C，待穩(wěn)定后，通入由空氣和一定濃度NO2配置的混合氣體，保持30min，再次通入純空氣，記錄WO3氣敏薄膜層的電阻值，分別為R(M)2)和R(air)，定義氣敏靈敏度為:S = R(N02)/R(air)，響應(yīng)時(shí)間定義為通入測(cè)試氣體后電阻變化至IJ最大變化電阻的80%所需要的時(shí)間。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該氧化鎢氣敏薄膜在Sppm濃度的NO2氣體中靈敏度為30;最小響應(yīng)時(shí)間為35s;經(jīng)過100次疲勞測(cè)試，電阻響應(yīng)值下降到原來的76%。WO3氣敏薄膜表現(xiàn)出良好的靈敏度、響應(yīng)時(shí)間和重復(fù)性。
[0061]B面中，采用分光光度計(jì)對(duì)不同濃度出氣氛中WO3氣致變色層進(jìn)行透光率測(cè)試，定義T0為未通H2時(shí)樣品的透光率，T為通入一定濃度出時(shí)樣品的透光率，相對(duì)透光率:，在通入H2濃度為5000ppm時(shí)，相對(duì)透光率隨波長(zhǎng)變化，最小為6 %，最大為56.7%,并且經(jīng)過約1min，相對(duì)透光率趨于穩(wěn)定，可見隨被測(cè)氣體通入，氧化鎢氣致變色層透光率下降，表現(xiàn)為薄膜顏色由原來的透明變?yōu)樗{(lán)色，響應(yīng)時(shí)間短，表現(xiàn)良好的氣致變色性能。
[0062]測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該傳感裝置基于氣致變色氣體傳感器，利用氣致變色原理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣的可視化檢測(cè)，并且響應(yīng)時(shí)間短，靈敏度高，變色范圍較大，實(shí)現(xiàn)了意想不到的效果，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0063]實(shí)施例4:
[0064]提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)可視化功能的傳感裝置，所述傳感裝置基于氣致變色氣體傳感器，所述氣致變色氣體傳感器基于WO3氣敏材料和WO3氣致變色材料;所述氣致變色氣體傳感器包括敏感單元、加熱單元和數(shù)據(jù)讀取單元;所述加熱單元和數(shù)據(jù)讀取單元與敏感單元的氧化媽氣敏薄膜連接;所述加熱單元作為氧化媽氣敏薄膜工作時(shí)的加熱源;數(shù)據(jù)讀取單元處理氧化鎢氣敏薄膜的電導(dǎo)率變化信號(hào)以顯示目標(biāo)氣體的濃度值。
[0065]圖1是本發(fā)明采用的氣致變色氣體傳感器中敏感單元的示意圖。參照?qǐng)D1，該敏感單元為中空結(jié)構(gòu)的雙層結(jié)構(gòu)，形成雙層結(jié)構(gòu)的A面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)相對(duì)放置，距離500μπι，Α面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)交接的周邊采用膠體密封;所述A面包括石英玻璃基底、叉指電極層和WO3氣敏薄膜層，WO3氣敏薄膜層為摻雜SnO2的WO3薄膜，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)NO2氣體的檢測(cè)，所述B面包括石英玻璃基底和WO3氣致變色層，WO3氣致變色層為WO3納米線薄膜摻雜ΖηΤΡΡ-2-Ν02，利用氣致變色原理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣的可視化檢測(cè);所述B面結(jié)構(gòu)上還設(shè)置有2個(gè)用于目標(biāo)氣體透入的透氣孔。A面中，所述Sn02的顆粒度小于50nm，所述W03氣敏薄膜層厚度為700nm;B面中，所述W03納米線長(zhǎng)度約Iym，直徑約50nm ；
[0066]圖2是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的制備敏感單元的流程圖，如圖2所示，包括以下步驟:
[0067]S1、制備A面結(jié)構(gòu)，包括以下實(shí)施步驟:(I)取一定尺寸(4cm X 4cm)的石英玻璃基底，依次經(jīng)過丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗20min; (2)在石英玻璃基底上旋涂一層光刻膠，厚度lwii，在叉指電極掩模版覆蓋下曝光6s，然后經(jīng)過顯影50s后用去離子水清洗，采用磁控濺射方法鍍一層300nm厚的Cr膜作為叉指電極層，然后去除光刻膠；(3)將石英玻璃基底放入磁控派射儀中，抽真空至5X 10—4Pa以下，通入Ar和02的混合氣體，調(diào)節(jié)Ar:02比例為5:1，工作壓強(qiáng)為2.4Pa，在靶材為純度99.96%的金屬W靶磁控濺射28min，靶材為純度98%的金屬錫靶磁控濺射2min，得到摻雜SnO2的WO3薄膜，即WO3氣敏薄膜層；
[0068]S2、制備B面結(jié)構(gòu)，包括以下實(shí)施步驟:(1)取相同尺寸(4cmX4cm)的石英玻璃基底，依次經(jīng)過丙酮、乙醇、去離子水、NaOH水溶液、去離子水超聲清洗，時(shí)間均為20min; (2)取20g鎢酸鈉溶于200ml水中，加入過量的濃鹽酸得到活性鎢酸沉淀，將其過濾，再用去離子水清洗直至檢測(cè)不到氯離子，然后將活性鎢酸沉淀溶于過氧化氫中，制得溶膠，旋涂于石英玻璃基底上，350°C處理Ih獲得種子層，厚度為20nm;(3)取鎢酸鈉粉末4.72g溶于60ml去離子水，用3M HCl溶液調(diào)節(jié)其pH為2.0，然后加入2.lg(0.3M)硫酸銨作為控制劑，將石英玻璃基底平放在去離子水中，攪拌I小時(shí)后，倒入不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，在烘箱中加熱至150°C保持10h，然后取出石英玻璃基底用去離子水清洗；(4)選用三氯甲烷為溶劑，取3.8g ZnTPP-2-NO2配制成5.0mg/ml的溶液，超聲處理20min，使溶液均勻，通過滴膠方式將所制溶液滴涂在石英玻璃基底表面，設(shè)定旋涂速度為3400rpm，旋涂時(shí)間為47s，最后將石英玻璃基底在真空干燥箱中70°C下干燥12h，得到摻雜ZnTPP-2-N02的WO3納米線薄膜，即WO3氣致變色層；
[0069]S3、組裝:將制作完成的A面、B面結(jié)構(gòu)相對(duì)放置，距離500μπι，Α面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)交接的周邊采用膠體密封，即得所述氣致變色氣體傳感器的敏感單元。
[0070]關(guān)于上述實(shí)施例中的裝置，其中各個(gè)模塊執(zhí)行操作的具體方式已經(jīng)在有關(guān)該方法的實(shí)施例中進(jìn)行了詳細(xì)描述，此處將不做詳細(xì)闡述說明。
[0071]數(shù)據(jù)測(cè)試:
[0072]A面中，氣敏測(cè)試在氣敏元件測(cè)試系統(tǒng)上完成，將制作好的器件放入石英管中，加熱單元加熱使敏感單元的工作溫度為120°C，待穩(wěn)定后，通入由空氣和一定濃度NO2配置的混合氣體，保持30min，再次通入純空氣，記錄WO3氣敏薄膜層的電阻值，分別為R(M)2)和R(air)，定義氣敏靈敏度為:S = R(N02)/R(air)，響應(yīng)時(shí)間定義為通入測(cè)試氣體后電阻變化至IJ最大變化電阻的80%所需要的時(shí)間。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該氧化鎢氣敏薄膜在Sppm濃度的NO2氣體中靈敏度為32;最小響應(yīng)時(shí)間為15s;經(jīng)過100次疲勞測(cè)試，電阻響應(yīng)值下降到原來的88%。WO3氣敏薄膜表現(xiàn)出良好的靈敏度、響應(yīng)時(shí)間和重復(fù)性。
[0073]B面中，采用分光光度計(jì)對(duì)不同濃度出氣氛中WO3氣致變色層進(jìn)行透光率測(cè)試，定義T0為未通H2時(shí)樣品的透光率，T為通入一定濃度出時(shí)樣品的透光率，相對(duì)透光率:，在通入H2濃度為5000ppm時(shí)，相對(duì)透光率隨波長(zhǎng)變化，最小為4%，最大為65%，并且經(jīng)過約1min，相對(duì)透光率趨于穩(wěn)定，可見隨被測(cè)氣體通入，氧化鎢氣致變色層透光率下降，表現(xiàn)為薄膜顏色由原來的透明變?yōu)樗{(lán)色，響應(yīng)時(shí)間短，表現(xiàn)良好的氣致變色性能。
[0074]測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該傳感裝置基于氣致變色氣體傳感器，利用氣致變色原理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣的可視化檢測(cè)，并且響應(yīng)時(shí)間短，靈敏度高，變色范圍較大，實(shí)現(xiàn)了意想不到的效果，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0075]實(shí)施例5:
[0076]提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)可視化功能的傳感裝置，所述傳感裝置基于氣致變色氣體傳感器，所述氣致變色氣體傳感器基于WO3氣敏材料和WO3氣致變色材料;所述氣致變色氣體傳感器包括敏感單元、加熱單元和數(shù)據(jù)讀取單元;所述加熱單元和數(shù)據(jù)讀取單元與敏感單元的氧化媽氣敏薄膜連接;所述加熱單元作為氧化媽氣敏薄膜工作時(shí)的加熱源;數(shù)據(jù)讀取單元處理氧化鎢氣敏薄膜的電導(dǎo)率變化信號(hào)以顯示目標(biāo)氣體的濃度值。
[0077]圖1是本發(fā)明采用的氣致變色氣體傳感器中敏感單元的示意圖。參照?qǐng)D1，該敏感單元為中空結(jié)構(gòu)的雙層結(jié)構(gòu)，形成雙層結(jié)構(gòu)的A面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)相對(duì)放置，距離500μπι，Α面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)交接的周邊采用膠體密封;所述A面包括石英玻璃基底、叉指電極層和WO3氣敏薄膜層，WO3氣敏薄膜層為摻雜SnO2的WO3薄膜，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)NO2氣體的檢測(cè)，所述B面包括石英玻璃基底和WO3氣致變色層，WO3氣致變色層為WO3納米線薄膜摻雜ΖηΤΡΡ-2-Ν02，利用氣致變色原理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣的可視化檢測(cè);所述B面結(jié)構(gòu)上還設(shè)置有2個(gè)用于目標(biāo)氣體透入的透氣孔。A面中，所述Sn02的顆粒度小于65nm，所述W03氣敏薄膜層厚度為400nm;B面中，所述W03納米線長(zhǎng)度約I.8μηι，直徑約30nm;
[0078]圖2是根據(jù)一示例性實(shí)施例示出的制備敏感單元的流程圖，如圖2所示，包括以下步驟:
[0079]S1、制備A面結(jié)構(gòu)，包括以下實(shí)施步驟:(I)取一定尺寸(4cmX4cm)的石英玻璃基底，依次經(jīng)過丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗20min; (2)在石英玻璃基底上旋涂一層光刻膠，厚度lwii，在叉指電極掩模版覆蓋下曝光6s，然后經(jīng)過顯影50s后用去離子水清洗，采用磁控濺射方法鍍一層300nm厚的Cr膜作為叉指電極層，然后去除光刻膠；(3)將石英玻璃基底放入磁控派射儀中，抽真空至5X 10—4Pa以下，通入Ar和02的混合氣體，調(diào)節(jié)Ar:02比例為5:1，工作壓強(qiáng)為2.4Pa，在靶材為純度99.96%的金屬W靶磁控濺射28min，靶材為純度98%的金屬錫靶磁控濺射2min，得到摻雜SnO2的WO3薄膜，即WO3氣敏薄膜層；
[0080]S2、制備B面結(jié)構(gòu)，包括以下實(shí)施步驟:(1)取相同尺寸(4cmX4cm)的石英玻璃基底，依次經(jīng)過丙酮、乙醇、去離子水、NaOH水溶液、去離子水超聲清洗，時(shí)間均為20min; (2)取20g鎢酸鈉溶于200ml水中，加入過量的濃鹽酸得到活性鎢酸沉淀，將其過濾，再用去離子水清洗直至檢測(cè)不到氯離子，然后將活性鎢酸沉淀溶于過氧化氫中，制得溶膠，旋涂于石英玻璃基底上，350°C處理Ih獲得種子層，厚度為40nm;(3)取鎢酸鈉粉末4.12g溶于60ml去離子水，用3M HCl溶液調(diào)節(jié)其pH為2.0，然后加入2.5g(0.3M)硫酸銨作為控制劑，將石英玻璃基底平放在去離子水中，攪拌I小時(shí)后，倒入不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，在烘箱中加熱至150°C保持10h，然后取出石英玻璃基底用去離子水清洗；(4)選用三氯甲烷為溶劑，取3.8g ZnTPP-2-NO2配制成5.6mg/ml的溶液，超聲處理20min，使溶液均勻，通過滴膠方式將所制溶液滴涂在石英玻璃基底表面，設(shè)定旋涂速度為3400rpm，旋涂時(shí)間為70s，最后將石英玻璃基底在真空干燥箱中60°C下干燥12h，得到摻雜ZnTPP-2-N02的WO3納米線薄膜，即WO3氣致變色層；
[0081]S3、組裝:將制作完成的A面、B面結(jié)構(gòu)相對(duì)放置，距離500μπι，Α面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)交接的周邊采用膠體密封，即得所述氣致變色氣體傳感器的敏感單元。
[0082]關(guān)于上述實(shí)施例中的裝置，其中各個(gè)模塊執(zhí)行操作的具體方式已經(jīng)在有關(guān)該方法的實(shí)施例中進(jìn)行了詳細(xì)描述，此處將不做詳細(xì)闡述說明。
[0083]數(shù)據(jù)測(cè)試:
[0084]A面中，氣敏測(cè)試在氣敏元件測(cè)試系統(tǒng)上完成，將制作好的器件放入石英管中，加熱單元加熱使敏感單元的工作溫度為120°C，待穩(wěn)定后，通入由空氣和一定濃度NO2配置的混合氣體，保持30min，再次通入純空氣，記錄WO3氣敏薄膜層的電阻值，分別為R(M)2)和R(air)，定義氣敏靈敏度為:S = R(N02)/R(air)，響應(yīng)時(shí)間定義為通入測(cè)試氣體后電阻變化至IJ最大變化電阻的80%所需要的時(shí)間。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該氧化鎢氣敏薄膜在Sppm濃度的NO2氣體中靈敏度為30;最小響應(yīng)時(shí)間為15s;經(jīng)過100次疲勞測(cè)試，電阻響應(yīng)值下降到原來的83%。WO3氣敏薄膜表現(xiàn)出良好的靈敏度、響應(yīng)時(shí)間和重復(fù)性。
[0085]B面中，采用分光光度計(jì)對(duì)不同濃度出氣氛中WO3氣致變色層進(jìn)行透光率測(cè)試，定義T0為未通H2時(shí)樣品的透光率，T為通入一定濃度出時(shí)樣品的透光率，相對(duì)透光率:，在通入H2濃度為5000ppm時(shí)，相對(duì)透光率隨波長(zhǎng)變化，最小為8 %，最大為61.7%,并且經(jīng)過約1min，相對(duì)透光率趨于穩(wěn)定，可見隨被測(cè)氣體通入，氧化鎢氣致變色層透光率下降，表現(xiàn)為薄膜顏色由原來的透明變?yōu)樗{(lán)色，響應(yīng)時(shí)間短，表現(xiàn)良好的氣致變色性能。
[0086]測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該傳感裝置基于氣致變色氣體傳感器，利用氣致變色原理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣的可視化檢測(cè)，并且響應(yīng)時(shí)間短，靈敏度高，變色范圍較大，實(shí)現(xiàn)了意想不到的效果，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0087]本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實(shí)踐這里公開的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實(shí)施方案。本申請(qǐng)旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本申請(qǐng)未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識(shí)或慣用技術(shù)手段。說明書和實(shí)施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。
[0088]應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種能夠?qū)崿F(xiàn)可視化功能的傳感裝置，其特征在于，所述傳感裝置基于氣致變色氣體傳感器，所述氣致變色氣體傳感器基于WO3氣敏材料和WO3氣致變色材料;所述氣致變色氣體傳感器包括敏感單元、加熱單元和數(shù)據(jù)讀取單元;所述加熱單元和數(shù)據(jù)讀取單元與敏感單元的氧化媽氣敏薄膜連接;所述加熱單元作為氧化媽氣敏薄膜工作時(shí)的加熱源;數(shù)據(jù)讀取單元處理氧化鎢氣敏薄膜的電導(dǎo)率變化信號(hào)以顯示目標(biāo)氣體的濃度值;所述敏感單元為中空結(jié)構(gòu)的雙層結(jié)構(gòu)，形成雙層結(jié)構(gòu)的A面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)相對(duì)放置，距離500μπι，A面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)交接的周邊采用膠體密封;所述A面包括石英玻璃基底、叉指電極層和WO3氣敏薄膜層，WO3氣敏薄膜層為摻雜SnO2的WO3薄膜，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)NO2氣體的檢測(cè)，所述B面包括石英玻璃基底和WO3氣致變色層，WO3氣致變色層為WO3納米線薄膜摻雜ΖηΤΡΡ-2-Ν02，利用氣致變色原理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣的可視化檢測(cè);所述B面結(jié)構(gòu)上還設(shè)置有2個(gè)用于目標(biāo)氣體透入的透氣孔;A面中，所述Sn02的顆粒度小于30nm，所述WO3氣敏薄膜層厚度為500nm；B面中，所述W03納米線長(zhǎng)度約lwn，直徑約80nmo2.制備權(quán)利要求1所述的一種能夠?qū)崿F(xiàn)可視化功能的傳感裝置，其特征在于，其中，所述氣致變色氣體傳感器的敏感單元的制作包括以下步驟: S1、制備A面結(jié)構(gòu)，包括以下實(shí)施步驟: (1)取一定尺寸(4cmX4cm)的石英玻璃基底，依次經(jīng)過丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗20min； (2)在石英玻璃基底上旋涂一層光刻膠，厚度1μm，在叉指電極掩模版覆蓋下曝光6s，然后經(jīng)過顯影50s后用去離子水清洗，采用磁控濺射方法鍍一層300nm厚的Cr膜作為叉指電極層，然后去除光刻膠； (3)將石英玻璃基底放入磁控濺射儀中，抽真空至5× 10—4Pa以下，通入Ar和02的混合氣體，調(diào)節(jié)Ar: O2比例為5:1，工作壓強(qiáng)為2.4Pa，在靶材為純度99.96 %的金屬W靶磁控濺射28min，靶材為純度98%的金屬錫靶磁控濺射2min，得到摻雜SnO2的WO3薄膜，即WO3氣敏薄膜層； S2、制備B面結(jié)構(gòu)，包括以下實(shí)施步驟: (1)取相同尺寸(4cm×4cm)的石英玻璃基底，依次經(jīng)過丙酮、乙醇、去離子水、NaOH水溶液、去離子水超聲清洗，時(shí)間均為20min; (2)取20g鎢酸鈉溶于200ml水中，加入過量的濃鹽酸得到活性鎢酸沉淀，將其過濾，再用去離子水清洗直至檢測(cè)不到氯離子，然后將活性鎢酸沉淀溶于過氧化氫中，制得溶膠，旋涂于石英玻璃基底上，350°C處理Ih獲得種子層，厚度為20nm; (3)取鎢酸鈉粉末4.12g溶于60ml去離子水，用3MHCl溶液調(diào)節(jié)其pH為2.0，然后加入2.lg(0.3M)硫酸銨作為控制劑，將石英玻璃基底平放在去離子水中，攪拌I小時(shí)后，倒入不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，在烘箱中加熱至150°C保持10h，然后取出石英玻璃基底用去離子水清洗； (4)選用三氯甲烷為溶劑，取3.8g ZnTPP-2-N02配制成5.0mg/ml的溶液，超聲處理20min，使溶液均勻，通過滴膠方式將所制溶液滴涂在石英玻璃基底表面，設(shè)定旋涂速度為3400rpm，旋涂時(shí)間為70s，最后將石英玻璃基底在真空干燥箱中60°C下干燥12h，得到摻雜ZnTPP-2-N02的WO3納米線薄膜，即WO3氣致變色層； S3、組裝:將制作完成的A面、B面結(jié)構(gòu)相對(duì)放置，距離500μπι，Α面結(jié)構(gòu)和B面結(jié)構(gòu)交接的周邊采用膠體密封，即得所述氣致變色氣體傳感器的敏感單元。
【文檔編號(hào)】C03C17/36GK105911053SQ201610256628
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月21日
【發(fā)明人】林業(yè)城
【申請(qǐng)人】林業(yè)城