CN109891225B - 氟类气体检测装置及其的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开氟类气体检测装置。氟类气体检测装置包括：基板；以及检测层，配置于上述基板，包含氢化过渡金属氧化物并在与氟类气体反应的情况下，颜色发生变化。这种氟类气体检测装置可通过检测层的颜色变化来检测氟类气体。

Description

氟类气体检测装置及其的制造方法
技术领域
本发明涉及氟类气体检测装置及其的制造方法，并且可通过视觉性及电性检测氟类气体。
背景技术
氟类气体用于如显示器、半导体等生产工序的多种工业领域中。这种氟类气体对人体非常有害，即使在低浓度吸入的情况下，也会引起恶心，当接触时，引起冻伤或烧伤等。
然而，目前，在有关氟的检测的方面上，大多数传感器以利用电解质溶液的电化学电池形态来检测水中的氟化物(Fluoride)离子。
因此，迫切需要开发能够检测出气体形态的氟的直观性检测方式的传感器。
发明内容
要解决的技术问题
本发明一目的在于，提供通过氢还原的过渡金属氧化物的颜色变化来检测氟类气体的氟类气体检测装置。
本发明的另一目的在于，提供上述氟类气体检测装置的制造方法。
技术方案
本发明实施例的氟类气体检测装置可包括：基板；以及检测层，配置于上述基板，包含氢化过渡金属氧化物并在与氟类气体反应的情况下，颜色发生变化。
在一实施例中，上述氟类气体可包含氟化气体、氟化氙气体、氟化碳气体或氟化硫气体。
在一实施例中，上述基板可由选自由纸、纤维、高分子、陶瓷、玻璃以及金属组成的组中的至少一种物质形成。
在一实施例中，上述过渡金属氧化物可包含选自由氧化钨(WOx)、氧化钼(MoOx)以及氧化铌(NbOx)组成的组中的至少一种。
本发明实施例的氟类气体检测装置的制造方法可包括：在基板上形成过渡金属氧化物薄膜的步骤；以及在上述过渡金属氧化物薄膜掺杂氢的步骤。
在一实施例中，上述过渡金属氧化物薄膜可选自由氧化钨(WOx)、氧化钼(MoOx)以及氧化铌(NbOx)组成的组中的至少一种形成。
在一实施例中，在上述基板上形成过渡金属氧化物薄膜的步骤可包括在上述基板上涂敷过渡金属氧化物纳米粉末的步骤，在上述过渡金属氧化物薄膜掺杂氢的步骤可包括在氢气氛下用紫外线照射上述过渡金属氧化物薄膜的步骤。
在一实施例中，在上述基板上形成过渡金属氧化物薄膜的步骤可包括在上述基板上利用水热合成法来使多个过渡金属氧化物纳米结构体生长的步骤，在上述过渡金属氧化物薄膜掺杂氢的步骤可包括在氢气氛下用紫外线照射上述过渡金属氧化物薄膜的步骤。
在一实施例中，在上述基板上形成过渡金属氧化物薄膜的步骤可包括通过溅射方法在上述基板上形成过渡金属氧化物薄膜的步骤，在上述过渡金属氧化物薄膜掺杂氢的步骤可包括在氢气氛下用紫外线照射上述过渡金属氧化物薄膜的步骤。
技术效果
根据本发明的氟类气体检测装置，通过包含氢化过渡金属氧化物的检测层的颜色变化，可迅速并准确地检测氟类气体。
附图说明
图1为用于说明本发明的实施例的氟类气体检测装置的图；
图2为掺杂氢之前的氧化钨薄膜(UV-treated)、掺杂氢之后的氧化钨薄膜以及暴露于XeF2气体的氧化钨薄膜的多个图；
图3为形成于掺氟氧化锡(Fluorine doped Tin Oxide，FTO)基板上的掺杂氢之前的氧化钨薄膜(UV-treated)以及暴露于XeF2气体的氧化钨薄膜的透光率测量图形；
图4为形成于玻璃(Glass)基板上的掺杂氢之前的氧化钨薄膜、掺杂氢之后的氧化钨薄膜以及暴露于XeF2气体的氧化钨薄膜的透光率测量图形。
附图标记说明
100：氟类气体检测装置
110：基板
120：检测层
具体实施方式
以下，通过参照附图详细说明本发明实施例。本发明可以进行各种变更，可以具有多种形态，因此将在附图中示例特定实施例并在本文中进行详细说明。但本发明并不限于特定公开的形态，而要理解为涵盖包括在本发明的思想以及技术范围的所有变更、均等物或替代物。在说明附图时，类似的附图标记使用于类似的结构要素上。在附图中，为了本发明的明确性，放大示出了结构物的尺寸。
在本发明中使用的术语只是为了说明特定实施例而使用的，并非用于限定本发明。除非上下文另有明确规定，否则单数表达包括复数表达。要理解，在本发明中，“包括”或“具有”等术语为要想指定在说明书中所记载的特征、数字、步骤、动作、结构要素或者它们的组合的存在，事先不排除一个或多个其它特征、数字、步骤、动作、结构要素或它们的组合的存在或附加可能性。
除非另外定义，否则包括技术性或科学性术语的这里所使用的所有术语具有与本发明所属的技术领域中的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。应解释，与在常用词典中定义的术语相同的术语具有与相关技术文脉上的含义一致的含义，除非在本发明中明确定义，不应解释为理想化或过于形式化的含义。
图1为用于说明本发明的实施例的氟类气体检测装置的图。
参照图1，本发明实施例的氟类气体检测装置100可包括基板110以及检测层120。上述氟类气体为包含氟元素(F)的气体，可包含如XeF2、XeF4、XeF6等的氟化氙气体、如CF4等的氟化碳气体、如SF6等的氟化硫气体。
作为上述基板110可以使用各种物质及结构的基板，没有特别的限制。例如，作为上述基板110，可以使用由纸、纤维、高分子、陶瓷、玻璃、金属等形成的基板。
上述检测层120以薄膜形态配置于上述基板110的一面上，在暴露于上述氟气的情况下，引起颜色变化。即，上述氟类气体检测装置100可通过上述检测层120的颜色变化来检测氟气。
在一实施例中，上述检测层120可包含氢化过渡金属氧化物。在本发明中，术语“氢化过渡金属氧化物”意味着掺杂氢的过渡金属氧化物，掺杂的氢离子可以与过渡金属氧化物内部的氧离子或过渡金属离子相结合。
在本发明的一实施例中，上述过渡金属氧化物可包含氧化钨(WOx)、氧化钼(MoOx)、氧化铌(NbOx)等。这些过渡金属氧化物可以通过掺入氢离子带有颜色。例如，在带有明亮透明的蓝色的三氧化钨(WO3)中掺杂氢的情况下，颜色变为绀青色，在透明无色的三氧化钼(MoO3)中掺杂氢的情况下，颜色变为蓝色，在带有浅蓝色的五氧化二铌(Nb2O5)中掺杂氢的情况下，颜色变为黄色。这种颜色变化不仅使注入到过渡金属氧化物内部的多个电子因氢的掺杂而还原过渡金属离子，而且还在固体过渡金属氧化物内部形成极化子(polaron)来引起费米能级的变化，其结果，判断出这是因为近红外线或可见光的吸收量增加而发生。
上述检测层120可以在上述基板110上通过多种方法形成。
在一实施例中，上述检测层120可通过以下方法形成：将利用溶液合成制备的过渡金属纳米粉末涂敷于上述基板110上，然后在氢气氛下照射紫外线(UV)，并在上述过渡金属氧化物纳米粉末中掺杂氢。
在另一实施例中，上述检测层120可通过以下方法形成：在上述基板110上利用水热合成法使过渡金属氧化物的纳米结构体生长，然后在氢气氛下照射紫外线(UV)，并在上述过渡金属氧化物纳米结构体掺杂氢。
在又一实施例中，上述检测层120通过以下方法形成：在上述基板110上，以溅射的方法形成过渡金属氧化物薄膜，然后在氢气氛下照射紫外线(UV)，并在上述过渡金属氧化物掺杂氢气。
当在上述检测层120的掺杂有氢的过渡金属氧化物暴露于上述氟类气体的情况下，上述被掺杂的氢可以被氟离子取代，其结果，通过氢的掺杂被还原的过渡金属离子再次被氧化，并引起上述检测层120的颜色变化。例如，在上述氢化过渡金属氧化物暴露于上述氟类气体的情况下，具有高电负性的多个氟离子中的一部分渗透到氢离子的位置，并与氧离子或过渡金属离子结合，而其他一部分氟离子与氢离子反应并生成氟化氢气体。其结果，暴露于氟类气体的氢化过渡金属氧化物可引起颜色变化，本发明实施例的氟类气体检测装置100可通过这种氢化过渡金属氧化物的颜色变化检测氟类气体。
图2为掺杂氢之前的氧化钨薄膜、掺杂氢之后的氧化钨薄膜(“UV-treated”)以及暴露于XeF2气体的氧化钨薄膜的多个图。
参照图2，可以确认掺杂氢之前的氧化钨具有接近明亮透明的灰色，而掺杂氢的氧化钨呈绀青色。而且，可以确认，在掺杂氢的氧化钨暴露于XeF2的情况下，再次变为明亮透明的颜色。
图3为形成于掺氟氧化锡(Fluorine doped Tin Oxide，FTO)基板上的掺杂氢之前的氧化钨薄膜(“UV-treated”)以及暴露于XeF2气体的氧化钨薄膜的透光率测量图形，图4为形成于玻璃(Glass)基板上的掺杂氢之前的氧化钨薄膜、掺杂氢之后的氧化钨薄膜以及暴露于XeF2气体的氧化钨薄膜的透光率测量图形。
参照图3以及图4，可以确认，在将掺杂有氢的氧化钨薄膜暴露于XeF2的情况下，在可见光区域以及红外线区域中，透光率明显降低。据判断，这是因为在氟离子与氧化钨的钨离子相结合的情况下，带隙(Band gap)增加。
在本发明的氟类气体检测装置100中，通过包含氢化过渡金属氧化物的检测层120的颜色变化，可迅速并准确检测氟类气体。
应理解，尽管在以上通过参照本发明的优选实施例进行了说明，本领域技术人员在不脱离以下发明要求范围中所记载的本发明的思想以及范围的情况下，可以对本发明进行多种修改及变更。

Claims (7)

1.一种氟类气体检测装置，其特征在于，包括：
基板；以及
检测层，配置于上述基板，包含氢化过渡金属氧化物并在与氟类气体反应的情况下，颜色发生变化，
上述过渡金属氧化物包含选自由氧化钨WOx、氧化钼MoOx以及氧化铌NbOx组成的组中的至少一种，
所述氢化过渡金属氧化物是在氢气氛围下照射紫外线，并在上述过渡金属氧化物的纳米粉末或纳米结构体中掺杂氢而形成的。
2.根据权利要求1所述的氟类气体检测装置，其特征在于：
上述氟类气体包含氟化氙气体、氟化碳气体或氟化硫气体。
3.根据权利要求1所述的氟类气体检测装置，其特征在于：
上述基板由选自由纸、纤维、高分子、陶瓷、玻璃以及金属组成的组中的至少一种物质形成。
4.一种氟类气体检测装置的制造方法，其特征在于，包括：
在基板上形成过渡金属氧化物薄膜的步骤；以及
在上述过渡金属氧化物薄膜掺杂氢的步骤，
上述过渡金属氧化物薄膜由选自由氧化钨WOx、氧化钼MoOx以及氧化铌NbOx组成的组中的至少一种形成，
在上述过渡金属氧化物薄膜掺杂氢的步骤是在氢气氛围下照射紫外线，并在过渡金属氧化物的纳米粉末或纳米结构体中掺杂氢而形成氢化过渡金属氧化物。
5.根据权利要求4所述的氟类气体检测装置的制造方法，其特征在于：
在上述基板上形成过渡金属氧化物薄膜的步骤包括在上述基板上涂敷过渡金属氧化物纳米粉末的步骤，
在上述过渡金属氧化物薄膜掺杂氢的步骤包括在氢气氛围下用紫外线照射上述过渡金属氧化物薄膜的步骤。
6.根据权利要求4所述的氟类气体检测装置的制造方法，其特征在于：
在上述基板上形成过渡金属氧化物薄膜的步骤包括在上述基板上利用水热合成法来使多个过渡金属氧化物纳米结构体生长的步骤，
在上述过渡金属氧化物薄膜掺杂氢的步骤包括在氢气氛围下用紫外线照射上述过渡金属氧化物薄膜的步骤。
7.根据权利要求4所述的氟类气体检测装置的制造方法，其特征在于：
在上述基板上形成过渡金属氧化物薄膜的步骤包括在上述基板上以溅射方法形成过渡金属氧化物薄膜的步骤，
在上述过渡金属氧化物薄膜掺杂氢的步骤包括在氢气氛围下用紫外线照射上述过渡金属氧化物薄膜的步骤。
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