CN101545882B

CN101545882B - 气敏元件的制备方法

Info

Publication number: CN101545882B
Application number: CN2009103019386A
Authority: CN
Inventors: 王维熙; 王维平
Original assignee: HANGZHOU AADTECH CO Ltd
Current assignee: HANGZHOU AADTECH CO Ltd
Priority date: 2009-04-29
Filing date: 2009-04-29
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2029-04-29
Also published as: CN101545882A

Abstract

本发明涉及一种气敏元件及其制备方法，气敏元件的制备方法为：将微晶玻璃基片用洗洁剂浸泡30分钟后，清洗干净，用去离子水冲洗，然后用硫酸重铬酸钾洗液浸泡72小时，用去离子水冲洗干净后，用无水乙醇脱水，烘干；用真空镀膜的方法在微晶玻璃基片的顶面的两头分别镀上一层镍络合金层，再在镍络合金层上面镀上一层金层，作为引线的金丝熔融焊接在金层上；在微晶玻璃基片的顶面上用溶胶-凝胶法沉积氧化物半导体薄膜。本发明制得的气敏元件具有很高的灵敏度，对氢气的检测限达到1×10^-11L，比国内外现有的氢气传感器提高六个数量级，检出限大大低于土壤气中的氢气的背景值，完全满足地震前兆氢气检测的需要，提高预报地震的准确率。

Description

气敏元件的制备方法

技术领域

本发明属于气体传感元件制造领域，尤其涉及一种气敏元件及其制备方法。

背景技术

氢气是地震预报中最灵敏的地球化学组分之一，具有较强的映震灵敏性，特别在短临阶段的映震能力明显优于其他测项。氢气是提供正确地震预测的关键，目前最大的问题是缺乏相应的测试手段。长期以来，国内外用于地震临震观测的氢气测试装置主要有：

1、钯银气体传感器氢气检测装置

根据氢气对钯银合金的高渗透性，借助于真空学和电学而获得氢气量的变化值。渗入氢气浓度的变化，使钯银合金渗透膜两侧产生气压差，引起真空系统内真空度的变化，导致二极钛溅散离子泵两极间离子流的变化。这种离子流的变化可通过施加在二极钛离子泵上的工作电压反映出来。

2、气相色谱——热导检测器检测装置

被分析的气体样品经进样口注入，然后由载气带入色谱分离柱。被测物质经色谱分离柱分离后，进入热导检测器(热导检测器是根据载气中混入其他气态物质时热导率发生变化的原理而制成的)，当被测物质与载气一道进入热导池测量臂时，由于混合气体的热导率与纯载气不同，因而带走的热量也就不同，使得敏感元件的温度发生改变，其电阻值也就随之改变并输出电信号，经直流微电流放大器放大，然后把信号送至显示器显示。

上述两种氢气检测装置中，钯银气体传感器测量氢气的检出限为≤0.003％(≤30ppm)，气相色谱——热导检测器检测氢气的检出限为10×10^-6L(10ppm)，而土壤气中氢气的背景值为0.5ppm，因此，这两种检测装置的检测氢气的灵敏度满足不了地震前兆氢气检测的需要。

发明内容

本发明主要解决原有的氢气检测装置的检出限大大高于土壤气中的氢气值，检测氢气的灵敏度满足不了地震前兆氢气检测的需要的技术问题；提供一种检出限大大低于土壤气中的氢气值，检测氢气的灵敏度能很好地满足地震前兆氢气检测的需要的气敏元件及其制备方法。

本发明同时解决原有的氢气检测装置的检出限大大高于土壤气中的氢气值，检测氢气的灵敏度满足不了地震前兆氢气检测的需要的技术问题；提供一种气敏元件的制备方法，由此方法制得的气敏元件对氢气的检出限大大低于土壤气中的氢气值，检测氢气的灵敏度能很好地满足地震前兆氢气检测。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的气敏元件，包括微晶玻璃基片、氧化物半导体薄膜，在微晶玻璃基片的顶面的两头各设有一个金厚膜电极，在每个金厚膜电极上熔融焊接有金丝引线，所述的氧化物半导体薄膜覆盖在整个微晶玻璃基片的顶面上且将两个金厚膜电极覆盖在里面。通常采用铂丝埋在铂浆料里作为引线，接触电阻，可靠性差。本发明用金丝熔融焊接在金厚膜电极上作为引线，大大提高可靠性。而且该气敏元件的氢气检出限达1×10^-11L(10ppt)，比热导检测器气相色谱仪及钯银气体传感器检测仪低6个数量级，大大提高氢气检测的灵敏度，完全可以满足地震监测的需要。

作为优选，所述的金厚膜电极由上、下两层组成，金厚膜电极的下层为镍络合金层，金厚膜电极的上层为金层。金层采用的材料就是金金属。直接在微晶玻璃基片上镀金附着力也很差，而镍络合金与微晶玻璃基片有很好的附着力，在金层与微晶玻璃基片之间镀上一层镍络合金，大大改善了金电极在基片上的附着力，也改善了敏感薄膜与金属电极的接触特性，敏感元件的稳定性、响应特性、以及可靠性都得到提高。

作为优选，所述的金层的厚度为2000～2500埃，微晶玻璃基片的厚度为0.5～1.0mm。

作为优选，所述的氧化物半导体薄膜为超细二氧化锡粉体，该粉体粒度为15nm～30nm。二氧化锡是一种氧化物半导体，二氧化锡粉体的粒径大小直接影响着气敏元件的灵敏度、功耗、选择性、响应恢复特性及稳定性等重要参数。粉体颗粒越小，则粉体的单位比表面积越大，活性越高，由此制成元件灵敏度就越高，功耗就越低，响应恢复时间就越短。

本发明的气敏元件的制备方法，包括以下步骤：

a.将微晶玻璃基片用洗洁剂浸泡30分钟后，清洗干净，用去离子水冲洗，然后用硫酸重铬酸钾洗液浸泡72小时，用去离子水冲洗干净后，用无水乙醇脱水，烘干；

b.用真空镀膜的方法在微晶玻璃基片的顶面的两头分别镀上一层镍络合金层，再在镍络合金层上面镀上一层金层，作为引线的金丝熔融焊接在金层上；

c.在微晶玻璃基片的顶面上用溶胶-凝胶法沉积氧化物半导体薄膜：

c1.先在二氧化锡水溶液中滴入氨水制成胶体溶液，经沉淀、清洗、过滤后，把沉淀物溶于有机溶剂中；

c2.再将氯化钯溶解在水、冰乙酸及有机溶剂中，然后把氯化钯溶液和二氧化锡溶液两者按2～10％氯化钯和98～90％二氧化锡的化学计量比混合、搅拌12～24搅拌12～24小时，获得浓度为0.5mol的清晰透明的溶胶；

c3.取用适量的溶胶滴涂在微晶玻璃基片上，以3000～5000r/m速度匀胶，得到二氧化锡湿膜，再在500～800℃高温炉中作保温1～4小时的热处理，便得到二氧化锡薄膜。

用该方法制得的气敏元件的氢气检出限达1×10^-11L(10ppt)，比热导检测器气相色谱仪及钯银气体传感器检测仪低6个数量级，大大提高氢气检测的灵敏度，完全可以满足地震监测的需要。

作为优选，为增加二氧化锡薄膜的厚度可重复步骤c3。

本发明的有益效果是：制得的气敏元件具有很高的灵敏度，对氢气的检测限达到1×10^-11L，比国内外现有的氢气传感器低六个数量级，检出限大大低于土壤气中的氢气的背景值，能很好地满足地震前兆氢气检测的需要，提高预报地震的准确率。

附图说明

图1是本发明气敏元件的一种剖视结构示意图。

图中1.微晶玻璃基片，2.镍络合金层，3.金层，4.氧化物半导体薄膜。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的气敏元件，如图1所示，呈长方体片状，包括微晶玻璃基片1、金厚膜电极、氧化物半导体薄膜4，两个金厚膜电极分别位于微晶玻璃基片1的顶面的两头，每个金厚膜电极由上、下两层组成，金厚膜电极的下层为镍络合金层2，金厚膜电极的上层为金层3，作为引线的金丝熔融焊接在金层3上，氧化物半导体薄膜4覆盖在整个微晶玻璃基片1的顶面上且将两个金厚膜电极覆盖在里面。本实施例中，微晶玻璃基片的厚度为0.5mm，金层的厚度为2000埃(方电阻0.5欧姆)，1埃＝10^-10米，氧化物半导体薄膜4为超细二氧化锡粉体，该粉体粒度为20nm。

当被测气体擦着气敏元件的顶面经过时，氢气成分使气敏元件的阻值发生变化，该阻值通过金丝引线引出，送给与引线相连的后续的电路，从而检测出被测气体中氢气的含量。

上述气敏元件的制备方法，包括以下步骤：

根据实际需要，为增加二氧化锡薄膜的厚度可重复步骤c3。

本发明气敏元件对氢气的检出限达1×10^-11L(10ppt)，比热导检测器气相色谱仪及钯银气体传感器检测仪低6个数量级，灵敏度高，检出限大大低于土壤气中的氢气背景值，完全可以满足地震监测的需要。

Claims

1.一种气敏元件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

c2.再将氯化钯溶解在水、冰乙酸及有机溶剂中，然后把氯化钯溶液和二氧化锡溶液两者按2～10%氯化钯和98～90%二氧化锡的化学计量比混合、搅拌12～24小时，获得浓度为0.5mol的清晰透明的溶胶；

c3.取用适量的溶胶滴涂在微晶玻璃基片上，以3000～5000r／m速度匀胶，得到二氧化锡湿膜，再在500～800℃高温炉中作保温l～4小时的热处理，便得到二氧化锡薄膜。

2.根据权利要求1所述的气敏元件的制备方法，其特征在于为增加二氧化锡薄膜的厚度可重复步骤c3。