CN101793568B - 一种基于氧化锌纳米线的温度传感器 - Google Patents
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Abstract
一种基于氧化锌纳米线的温度传感器件，属于纳米材料应用技术领域。本发明的温度传感器的敏感元件为氧化锌纳米线，直径为60-500纳米，长度为3-50微米。将单根氧化锌纳米线固定在微电极上，外电路连接电学测量仪器。环境温度的变化会引起氧化锌纳米线电导率的响应，由电学测量仪器获得的电信号来确定环境温度，从而达到测量温度的目的。本发明具有体积小、温度测量范围宽、热容量小、响应速度快、成本低等特点，特别适用于芯片控温等对温度响应速度要求比较高且对传感器体积要求比较小的条件下的温度测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于氧化锌纳米线的温度传感器件，属于纳米材料应用技术领域。
背景技术
随着个人电脑，移动电话，PDA等电子产品的普及以及产品的升级换代，各类电子产品的功耗散热问题也日益突出，芯片控温技术已经成为保证电子产品稳定运行的关键技术。传统的温度传感器由于体积大，响应速度相对较慢等问题，在对芯片控温等对传感器的体积及响应速度有较高要求的领域有着先天的不足。
由于纳米材料独特的物理化学性质，当它作为传感器敏感元件时往往比普通材料具有更高的灵敏度和响应速度(Kuo，C.Y.Chan，C.L.Gau，C.Liu，C.W.Shiau，S.H.Ting，J.H.Nanotechnology，IEEE Transactions on，Jan.2007，Volume 6，Issue 1，page63-69；Ajay Agarwal，K.Buddharaju，I.K.Lao，N.Singh，N.Balasubramanian and D.L.Kwong，Sensors and Actuators A：Physical，Volumes 145-146，2008，Pages 207-213)。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于氧化锌一维纳米材料的温度传感器，该温度传感器体积小、温度测量范围宽、热容量小、响应速度快、成本低、可大批量生产。
本发明的技术解决方案：一种基于氧化锌纳米线的温度传感器，其特点在于：以氧化锌纳米线作为温度敏感元件，将单根氧化锌纳米线固定在微电极上，所述的单根氧化锌纳米线的直径为60-500nm，长度为3-50μm，所述固定方法在单根氧化锌纳米线两端通以0.1-10V，50-1000Hz的脉冲电压使其与微电极牢固接触；微电极与外电路的电学测量仪器连接，环境温度的改变引起氧化锌纳米线电导率相应响应，由电学测量仪器测得的电学信号来确定温度。
所述的氧化锌纳米线可由电化学沉积法或热蒸发法制备。
所述基于氧化锌纳米线的温度传感器的测量范围为-180℃到180℃。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明结合了纳米材料的制备技术与微纳加工技术，以氧化锌一维纳米材料为敏感元件，制成了基于氧化锌纳米线的温度传感器件，该温度传感器具有体积小、温度测量范围宽、热容量小、响应速度快、成本低、可大批量生产等特点，特别适用于芯片控温等对温度响应速度要求比较高且对传感器体积要求比较小的条件下的温度测量。
附图说明
图1为本发明的主体结构示意图；
图2为本发明的主体结构与外部测量电路连接的示意图；
图3为本发明实施例1中的氧化锌纳米线样品的扫描电镜照片；
图4为本发明实施例1中的氧化锌纳米线器件的温度-电流关系图；
图5为本发明实施例2中的氧化锌纳米线样品的扫描电镜照片；
图6为本发明实施例2中的氧化锌纳米线器件的温度-电流关系图；
图7为本发明实施例3中的氧化锌纳米线样品的扫描电镜照片；
图8为本发明实施例3中的氧化锌纳米线器件的温度-电流关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行详细说明，但并不是对本发明的具体限制。
如图1所示，本发明器件主体结构由硅基底1，二氧化硅层2，钛/金电极3，搭接在电极上的氧化锌纳米线4构成。本发明器件主体结构与外部测量电路的接法如图2所示，图2包括二氧化硅层2，钛/金电极3，氧化锌纳米线4，电压源5，电流表6，导线7。氧化锌纳米线4搭接在钛/金电极3上，钛/金电极3(给出数字标注)两端通过导线7连接到外部电性质测量仪器，电性质测量仪器提供电压源5并通过电流表6测量反馈电流。
实施例1，
制作有微电极的硅片基底依次用丙酮、乙醇和水超声清洗，氮气吹干。使用热蒸发法得到直径60-100nm，长度20-50μm的氧化锌纳米线，如图3所示。将所述氧化锌纳米线从硅片基底上去除后置于无水乙醇中形成均匀分散液，取0.1ml分散液(其中氧化锌纳米线含量低于0.1mg)滴到制作有微电极的硅片上，连接好外电路，对氧化锌纳米线两端通以0.1V，50Hz的脉冲电压使其与微电极接触更加牢固，即形成基于氧化锌纳米线的温度传感器件。本实施例中所做的示范测量温度范围为-180℃到0℃。其导电性能与温度的关系如图4所示，a图为电压源施加偏压为0.5V时，本发明器件在-180℃到-40℃之间的电流响应，b图为电压源施加偏压为0.1V时，本发明器件在-65℃到0℃之间的电流响应。由图4可见，本发明器件的电流信号在所测量的温度范围内均有良好响应，并在-60℃到0℃之间具有良好的线性响应。
实施例2，
制作有微电极的硅片基底依次用丙酮、乙醇和水超声清洗，氮气吹干。以0.1mM浓度的醋酸锌和0.1M浓度的氯化钾的水溶液为生长溶液，使用电化学法得到直径100-300nm，长度3-5μm的氧化锌纳米线，如图5所示。将氧化锌纳米线从硅片基底上去除后置于无水乙醇中形成均匀分散液，取0.1ml分散液(其中氧化锌纳米线含量低于0.1mg)分散液滴到制作有微电极的硅片上，连接好外电路，对纳米线两端通以1V，500Hz的脉冲电压使其与微电极接触更加牢固，即形成基于氧化锌纳米线的温度传感器件。本实施例中所做的示范测量温度范围为25℃到100℃。其导电性能与温度的关系如图6所示，当电压源施加偏压为0.1V时，本器件在25℃到100℃之间的电流信号与温度具有良好的线性关系。
实施例3，
制作有微电极的硅片基底依次用丙酮、乙醇和水超声清洗，氮气吹干。以0.5mM浓度的醋酸锌和0.1M浓度的氯化钾的水溶液为生长溶液，使用电化学法得到直径200-500nm，长度4-8μm的氧化锌纳米线，如图7所示。将纳米线从硅片基底上去除后置于无水乙醇中形成均匀分散液，取0.1ml分散液(其中氧化锌纳米线含量低于0.1mg)分散液滴到制作有微电极的硅片上，连接好外电路，对纳米线两端通以5V，1000Hz的脉冲电压使其与微电极接触更加牢固，即形成基于氧化锌纳米线的温度传感器件。本实施例中所做的示范测量温度范围为0℃到160℃，电压源施加偏压为0.1V。其导电性能与温度的关系如图8所示，在0℃到160℃之间的电流与温度具有良好响应，呈近似指数增长的关系，并且在其中某些温度范围，可近似为线性关系。
Claims (3)
1.一种基于氧化锌纳米线的温度传感器，其特征在于：以氧化锌纳米线作为温度敏感元件，将单根氧化锌纳米线固定在微电极上，所述的单根氧化锌纳米线的直径为60-500nm，长度为3-50μm，所述固定在微电极上的方法为在单根氧化锌纳米线两端通以0.1-10V，50-1000Hz的脉冲电压使其与微电极牢固接触；微电极与外电路的电学测量仪器连接，环境温度的改变引起氧化锌纳米线电导率相应响应，由电学测量仪器测得的电学信号来确定温度。
2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于：所述的氧化锌纳米线由电化学沉积法或热蒸发法制备。
3.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于：所述基于氧化锌纳米线的温度传感器的测量范围为-180℃到180℃。
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