CN101131373A - 一种基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器 - Google Patents
一种基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101131373A CN101131373A CNA2007100465460A CN200710046546A CN101131373A CN 101131373 A CN101131373 A CN 101131373A CN A2007100465460 A CNA2007100465460 A CN A2007100465460A CN 200710046546 A CN200710046546 A CN 200710046546A CN 101131373 A CN101131373 A CN 101131373A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- macro
- monocrystal material
- metal electrode
- electrode layer
- zno monocrystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器，属于传感器制造的技术领域。包括：基底、金属电极层、传感导电体和外接电路，其中传感导电体为宏观尺度ZnO单晶材料，通过热蒸发法大规模生产的宏观尺度ZnO单晶材料，该材料由直径为60～800nm的ZnO纳米杆自然生长而成，将其用银浆粘在金属电极层上。本发明的制备方法简单易行，重复性好，原料容易得到，制备成本低廉，非常适于用来制备大量的ZnO气体传感器，有望在工业安全等领域获得重要应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器，具体涉及一种在叉指型金属电极上粘附的宏观尺度ZnO单晶材料作为传感导电体的气体传感器，该传感器通过被测气体在传感导电体表面的物理吸附使得传感导电体电阻变化，来检测不同气体及该气体浓度，属于传感器制造的技术领域。
技术背景
气体传感器通常用来检测气体中的特定成分，用来对有毒、有害气体进行检测，对易燃易爆气体进行安全警报，对要了解的气体进行检测、分析和研究等。目前工业化生产使用的气体传感器主要有两种类型。一种是基于电化学原理的气体传感器；另一种是以半导体氧化物材料作为传感导电体的气体传感器。一般说来作为传感导电体的材料微粒粒度越小，比表面积越高，传感器于众位气体的接触而发生的相互作用也越大，敏感度也越高。由于纳米材料具有巨大的表面积，其表面能吸附大量的气体分子，因此使得用纳米材料制备的传感器具有很高的灵敏度。目前国际上已有采用单根纳米线和大量纳米线薄膜作为传感导电体的报道(Nanowire nanosensors for highly sensitive and selective detection ofbiological and chemical species，Science，(2001)293，1289；Fabricationand ethanol sensing characteristics of ZnO nanowire gas sensors，AppliedPhysics Letters(2004)84，3654；Room temperature gas sensing of p-typeTeO2 nanowires，Applied Physics Letters(2007)84，3654；)。但上述这些传感器在实际生产中将纳米线连接在导电电极两端的主要方法是采用原子力显微镜(AFM)或是将大量纳米线溶于有机溶剂如丙酮中，再将其滴到电极上，这些方法操作复杂或者随机性较大，不适合大量生产。针对这一情况，本发明提出一种直接用导电银浆连接气敏材料和金属电极的气体传感器，该气敏材料采用具有宏观尺度的ZnO单晶材料，其由大量定向纳米杆自然生长而成，外形在宏观尺度，而又具有纳米材料特性，因此操作方面，灵敏度高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单，灵敏度高，成本低廉的基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器。
本发明提供的基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器包括：基底、金属电极层、传感导电体和外接电路，其中传感导电体为宏观尺度ZnO单晶材料，通过热蒸发法大规模生产的宏观尺度ZnO单晶材料，该材料由直径为60～800nm的ZnO纳米杆自然生长而成，将其用银浆粘在金属电极层上。
所述的基底，其表面具有高绝缘性，可以是玻璃、也可以是石英片或者硅片；当使用硅片做基底时，硅片表面要氧化一层SiO2作为绝缘层。
金属电极层设置在基底上，是通过丝网印刷工艺将银浆在绝缘基底上印出金属电极图案，然后将金属片或金属丝按照图案粘附在银浆上，电极的厚度为1～3mm，电极间距为1mm。
本发明提供的基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器，为使得金属电极和作为传感导电体的宏观尺度ZnO单晶材料充分接触，提高传感其性能，可以将金属电极的阳极和阴极设计成叉指状，如阳极设计成“口”字缺少右边一竖，同时阴极设计成“口”字缺少左边一竖，再将两电极相互嵌入对方缺口，但须保证电极间距为1mm。当然，这里阳极和阴极的涉及完全可以相互交换。按照这一原理还可以将阳极和阴极由多个“口”字重叠而成且分别缺少左边一竖和右边一竖，并互嵌入对方缺口，但须保证电极间距为1mm。另外，本发明提供的基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器，为使得金属电极和作为传感导电体的宏观尺度ZnO单晶材料充分接触，提高传感其性能，可以将作为传感导电体的宏观尺度ZnO单晶材料设计成树枝状，且每根ZnO单晶材料均和阳极和阴极接触，从而增加了金属电极和作为传感导电体的宏观尺度ZnO单晶材料充分接触。
本发明的优点：
1、本发明的制备方法是可以在宏观条件下手工完成，无需借助微纳米观测和操作仪器，所采用的传感导电体是可以大规模生长的宏观尺寸的ZnO单晶材料，简单易行，重复性好，原料容易得到，制备成本低廉，非常适于用来制备大量的ZnO气体传感器。
2、本发明中所采用的传感导电体--宏观ZnO单晶材料是一种具有独特形貌特征的ZnO宏观化结构材料，它在微观结构上是由大量定向的纳米杆组成，具有巨大的表面比，因此该传感器具有很高的灵敏度，有望在工业安全等领域获得重要应用。
附图说明
图1是本发明气体传感器的结构示意图
图2是本发明气体传感器的另一结构示意图
具体实施方式
现结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。所有的实施例完全按照上述的宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器的制备方法具体操作步骤进行操作，为使行文简洁，下列的每个实施例仅罗列关键的技术参数。
其中，本发明提供的基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器包括基底1、金属电极层2、传感导电体3和外接电路4。金属电极层2是通过丝网印刷工艺将银浆在绝缘基底1上印出金属电极层2图案，然后将金属片或金属丝粘附在银浆上，电极的厚度为1～3mm，电极间距为1mm；传感导电体3为宏观尺度ZnO单晶材料，该材料是通过热蒸发法由直径为60～800nm的ZnO纳米杆制备而成并将其用银浆粘在金属电极层2上，外接电路4的阳极和阴极分别连接在金属电极层2阳极和阴极。
实施例1：
第一步中，清洗绝缘基底玻璃片，并晾干；第二步中，通过丝网印刷工艺将银浆在玻璃片基底上印出叉指形图案；第三步中，将剪裁好的金属铂丝粘附到指叉形图案的银浆上；第四步中，将剥离出的宏观尺寸单根ZnO单晶树状结构用银浆粘附在金属铂丝上；第五步中，将该样品先放入125℃烘箱内15分钟，再加热到380℃保持20分钟，使导电银浆凝结；第六步中，取出样品联入电路，再放入浓度为100ppm H2气氛中进行测试。
实施例2：
第一步中，清洗绝缘基底石英片，并晾干；第二步中，通过丝网印刷工艺将银浆在石英片基底上印出叉指形图案；第三步中，将剪裁好的金属铜丝粘附到指叉形图案的银浆上；第四步中，将剥离出的宏观尺寸单根ZnO单晶树状结构用银浆粘附在金属铜丝上；第五步中，将该样品先放入125℃烘箱内15分钟，再加热到380℃保持20分钟，使导电银浆凝结；第六步中，取出样品联入电路，再放入浓度为100ppmNH3气氛中进行测试。
实施例3：
第一步中，在p型单晶硅片表面生成一层SiO2绝缘层，作为绝缘基底；第一步中，清洗绝缘基底，并晾干；第二步中，通过丝网印刷工艺将银浆在硅片基底上印出叉指形图案；第三步中，将剪裁好的金属铝丝粘附到指叉形图案的银浆上；第四步中，将剥离出的宏观尺寸单根ZnO单晶树状结构用银浆粘附在金属镍片上；第五步中，将该样品先放入125℃烘箱内15分钟，再加热到380℃保持20分钟，使导电银浆凝结；第六步中，取出样品联入电路，再放入浓度为100ppmH2S气氛中进行测试。
Claims (6)
1.一种基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器包括：基底(1)、金属电极层(2)、传感导电体(3)和外接电路(4)，其特征在于金属电极层(2)是通过丝网印刷工艺将银浆在绝缘基底(1)上印出金属电极层(2)图案，然后将金属片或金属丝粘附在银浆上，电极的厚度为1～3mm，电极间距为1mm；传感导电体(3)为宏观尺度ZnO单晶材料，该材料是通过热蒸发法由直径为60～800nm的ZnO纳米杆制备而成并将其用银浆粘在金属电极层(2)上，外接电路(4)的阳极和阴极分别连接在金属电极层(2)阳极和阴极。
2.如权利要求1所述的基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器，其特征在于基底(1)的为玻璃、石英片或者表面氧化有一层SiO2绝缘层的硅片。
3.如权利要求1所述的基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器，其特征在于金属电极层(2)的阳设计成“口”字缺少右边一竖，同时阴极设计成“口”字缺少左边一竖，且电极相互嵌入对方缺口，电极间距为1mm。
4.如权利要求1所述的基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器，其特征在于金属电极层(2)的阳极和阴极由多个“口”字重叠而成且分别缺少左边一竖和右边一竖，并互嵌入对方缺口，电极间距为1mm。
5.要求3或者4所述的基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器，其特征在于金属电极层(2)的阳极和阴极的设计互换。
6.如权利要求1所述的基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器，其特征在于作为传感导电体(3)的宏观尺度ZnO单晶材料设计成树枝状，且每根ZnO单晶材料均和阳极和阴极接触，从而增加了金属电极和作为传感导电体(3)的宏观尺度ZnO单晶材料充分接触。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2007100465460A CN101131373A (zh) | 2007-09-27 | 2007-09-27 | 一种基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2007100465460A CN101131373A (zh) | 2007-09-27 | 2007-09-27 | 一种基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101131373A true CN101131373A (zh) | 2008-02-27 |
Family
ID=39128720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2007100465460A Pending CN101131373A (zh) | 2007-09-27 | 2007-09-27 | 一种基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101131373A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102628824A (zh) * | 2012-04-16 | 2012-08-08 | 北京化工大学 | 一种以水滑石为前体的气敏元件及其制备方法 |
| CN106770543A (zh) * | 2016-08-27 | 2017-05-31 | 黄辉 | 一种基于纳米线微电极的电化学传感器 |
| CN110095490A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-08-06 | 北京工业大学 | 一种检测四针状氧化锌晶须电导特性的器件及方法 |
-
2007
- 2007-09-27 CN CNA2007100465460A patent/CN101131373A/zh active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102628824A (zh) * | 2012-04-16 | 2012-08-08 | 北京化工大学 | 一种以水滑石为前体的气敏元件及其制备方法 |
| CN102628824B (zh) * | 2012-04-16 | 2014-04-02 | 北京化工大学 | 一种以水滑石为前体的气敏元件及其制备方法 |
| CN106770543A (zh) * | 2016-08-27 | 2017-05-31 | 黄辉 | 一种基于纳米线微电极的电化学传感器 |
| CN106770543B (zh) * | 2016-08-27 | 2019-03-01 | 黄辉 | 一种基于纳米线微电极的电化学传感器 |
| CN110095490A (zh) * | 2019-04-17 | 2019-08-06 | 北京工业大学 | 一种检测四针状氧化锌晶须电导特性的器件及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sharma et al. | Recent advances on H2 sensor technologies based on MOX and FET devices: A review | |
| CN103293209B (zh) | 一种离子敏传感器及其制作方法 | |
| Sun et al. | Selective oxidizing gas sensing and dominant sensing mechanism of n-CaO-decorated n-ZnO nanorod sensors | |
| Ngoc et al. | Self-heated Ag-decorated SnO2 nanowires with low power consumption used as a predictive virtual multisensor for H2S-selective sensing | |
| Prudenziati et al. | Thick-film sensors: an overview | |
| CN1272235C (zh) | 气敏元件及其制造方法 | |
| CN106680328A (zh) | 一种气体传感器阵列及其制备方法 | |
| CN104297303B (zh) | 丙酮气敏传感器及其制备方法 | |
| CN101307452B (zh) | 一种Ni/Si纳米线阵列的制备方法以及基于这种纳米线阵列的微纳湿度传感器 | |
| CN1847838A (zh) | 一种基于纳米线阵列的气体传感器及其制备方法 | |
| CN104914138A (zh) | 湿度传感器、湿度传感器阵列及其制备方法 | |
| CN103543183B (zh) | 基于微通道板三维结构的高灵敏度气体传感器制作方法 | |
| CN106918627B (zh) | 一种基于封闭式双极电极阵列的分析检测装置 | |
| CN103424441B (zh) | 制备于柔度可控基底上的连通性可调的钯基氢气传感器及其制作方法 | |
| CN102323300A (zh) | 一种聚电解质和石墨烯复合电阻型湿敏元件及其制作方法 | |
| CN108490043B (zh) | 一种气体传感器及其制备方法 | |
| CN101750437A (zh) | 吸附式碳纳米管湿度传感器及其制作方法 | |
| CN106062545A (zh) | 低于环境温度的蒸汽传感器和使用方法 | |
| CN105092658A (zh) | 聚苯胺/氧化锌纳米复合电阻型材料传感器及其制备方法 | |
| CN106770498A (zh) | 基于静电纺丝技术制备的铑掺杂二氧化锡纳米纤维敏感材料的丙酮传感器、制备方法及应用 | |
| CN108508062A (zh) | 一种基于MoO3纳米敏感材料的三乙胺传感器、制备方法及其应用 | |
| CN110455317A (zh) | 一种耐高温柔性传感器及其制备方法 | |
| CN101131373A (zh) | 一种基于宏观尺度ZnO单晶材料的气体传感器 | |
| Young et al. | Sensing performance of carbon dioxide gas sensors with carbon nanotubes on plastic substrate | |
| CN103663542B (zh) | 锡掺杂层状多孔纳米氧化锌及其制备方法和用途 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080227 |