CN113252736B - 增加多功能气敏传感器气体选择功能的方法和气敏传感器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种增加多功能气敏传感器气体选择功能的方法和气敏传感器。本申请增加多功能气敏传感器气体选择功能的方法包括，在气敏传感器探头的半导体气敏材料层表面形成纳米贵金属颗粒修饰层，使得气敏传感器的单一探头即可实现在0‑400℃的工作温度范围对至少三种气体的选择性检测。本申请增加多功能气敏传感器气体选择功能的方法，利用纳米贵金属颗粒修饰半导体气敏材料层表面，提升了气敏传感器的气体选择性、拓展了其选择气体的种类，能够实现在0‑400℃的工作温度范围对至少三种气体的选择性检测，为制备气体选择功能更多的多功能气敏传感器提供了一种新的方案和途径。
Description
技术领域
本申请涉及气敏传感器技术领域，特别是涉及一种增加多功能气敏传感器气体选择功能的方法和气敏传感器。
背景技术
传感器作为物联网、人工智能的基础和关键功能单元，被认为是现代信息技术的三大支柱之一。气敏传感器在工业制造、环境监测、药物诊断、个人安全等方面发挥重要作用。基于半导体的电阻式气敏传感器具有体积小、结构简单、响应高、价格低廉等优势。
半导体电阻式气敏传感器检测气体的原理是气体在其表面发生吸附和化学反应，因而对多种气体都有响应，但是气体检测的工作环境一般较复杂，而单探头气敏传感器在多组分混合气体检测中存在交叉敏感的问题，难以在干扰气体中有选择性的识别目标气体。因此，很多研究致力于通过材料制备以及增加过滤膜等方法提升半导体电阻式气敏传感器的气体选择性；如何提升气敏传感器的气体选择性、拓展其选择气体的种类是很重要的技术，也是目前气敏传感器技术领域的研究重点和难点。
目前报道的利用单探头实现多气体的选择性检测的方案主要是通过调控温度来实现气体选择性的调控。然而，现有的研究仅仅实现了对两种气体的选择性调控；即在A温度对X气体选择性响应，然后通过改变温度到B，对Y气体选择性响应。
为了实现两种以上或更多气体的检测，目前采用的技术是，将多个不同敏感特性的气敏传感器元件组成阵列集成使用，分别测试不同的材料制成的气敏传感器元件对气体的响应性能，进行大量数据分析和多数据比对分析来识别检测两种以上或更多的气体。但是，这类器件不是单探头器件，存在体积大、结构复杂、测试过程和数据处理耗时久且繁琐等问题。
综上所述，现有的气敏传感器，尤其是单一探头的气敏传感器，最多只能实现双功能气体选择性，即只能够通过温度调控使得气敏传感器能够对两种气体进行检测；并且，这种通过温度调控实现双功能气体选择性的方式，温度调控范围较大，增加器件的工作温度存在一系列在安全上的隐患和能耗上的缺陷。目前尚未有单一探头的气敏传感器能够实现两种以上气体选择功能的研究和报道。
发明内容
本申请的目的是提供一种增加多功能气敏传感器气体选择功能的方法，以及具有更多的气体选择功能的气敏传感器。
为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：
本申请的一方面公开了一种增加多功能气敏传感器气体选择功能的方法，包括在气敏传感器探头上的半导体气敏材料层表面形成纳米贵金属颗粒修饰层，使得气敏传感器的单一探头即可实现在0-400℃的工作温度范围对至少三种气体的选择性检测。其中，纳米贵金属颗粒修饰层，是指由纳米贵金属颗粒堆积形成的层。
需要说明的是，本申请研究发现，在半导体气敏材料层表面修饰纳米贵金属颗粒，可以增多单一探头的气体选择功能，实现在0-400℃的工作温度范围对至少三种气体的选择性检测；提升了气敏传感器的气体选择性、拓展了其选择气体的种类。可以理解，本申请的关键在于研究发现通过纳米贵金属颗粒修饰半导体气敏材料的方式可以增加被选择的气体的种类，从而实现至少三种气体的选择性和检测；至于具体的纳米贵金属颗粒可以参考现有的贵金属纳米材料，具体的半导体气敏材料也可以参考现有的气敏传感器，气敏传感器探头的衬底也可以参考现有的气敏传感器，例如采用陶瓷管、硅片、玻璃、塑料等。但是，为了确保气敏传感器的气体选择功能，本申请的一种实现方式中，对纳米贵金属、半导体气敏材料和衬底等都进行了详细限定，详见以下技术方案。
本申请的一种实现方式中，纳米贵金属颗粒为纳米金、纳米银、纳米铂和纳米钯中的至少一种。
优选的，纳米贵金属颗粒为纳米金。
本申请的一种实现方式中，纳米贵金属颗粒修饰层的厚度为1-10nm。
本申请的一种实现方式中，纳米贵金属颗粒修饰层是通过以下方式形成于半导体气敏材料层表面：
(1)采用磁控溅射在半导体气敏材料层表面镀1-10nm的贵金属膜，然后在高温下快速退火，形成分裂的贵金属纳米颗粒，即获得纳米贵金属颗粒修饰层；其中，高温是指200℃-600℃之间的温度，优选为500℃左右的温度。可以理解，高温的目的是高温后快速退火，使得贵金属膜分裂成纳米颗粒，温度太低达不到磁控溅射的贵金属膜分裂成纳米颗粒的效果，而温度太高又会使半导体气敏材料变形，并熔化磁控溅射形成的贵金属纳米颗粒，也无法最终实现分裂成纳米颗粒的效果；因此，采用200℃到600℃之间的温度，以确保能够获得所需的形成分裂的贵金属纳米颗粒的效果；因此，高温下快速退火，具体是指，在200℃到600℃高温加热1-5分钟，然后迅速取出在室温或低于室温的低温空气中冷却，使其迅速降温；
或者，
(2)将涂覆了半导体气敏材料层的气敏传感器衬底浸泡到贵金属纳米颗粒的乙醇悬浮液中，贵金属纳米颗粒自组装到半导体气敏材料层表面，然后加热去除水分和有机物，获得纳米贵金属颗粒修饰层；其中，加热的条件一般为200℃到600℃之间的一个温度，优选为500℃左右的温度，加热至少半小时。这里加热温度需要根据半导体气敏材料层以及贵金属纳米颗粒修饰层所含的有机物决定，因为其目的是为了去除有机物，所以加热温度应达到有机物的挥发温度。
需要说明的是，本申请提供了两种制备纳米贵金属颗粒修饰层的方法，其中，第一种方法，要短时间快速退火将磁控溅射的金属膜分裂成纳米颗粒，所以需要先将温度升到500℃左右，然后将器件放进去3min左右，然后迅速取出、退火。第二种方法本身就是纳米颗粒，不需要通过退火形成颗粒；加热只是为了将自组装的纳米颗粒与半导体气敏材料层表面结合更紧，并去除水分和可能的有机物，如乙醇等；所以是将器件放进炉子，然后加热至500℃左右，在500℃左右维持半小时即可。
可以理解，本申请的纳米贵金属颗粒修饰层并非一个完整的气密性的膜层，而是由贵金属纳米颗粒附着在半导体气敏材料层表面形成的表面修饰层；因此，对于磁控溅射形成的金属膜需要高温、退火形成分裂的贵金属纳米颗粒。
本申请的一种实现方式中，半导体气敏材料为常见的半导体气敏材料，例如ZnO、TiO2、WO3、SnO2和In2O3中的至少一种。
优选的，半导体气敏材料为纳米四足氧化锌。
本申请的一种实现方式中，气敏传感器探头的衬底由陶瓷、硅片、塑料或玻璃中的至少一种制备。
优选的，气敏传感器探头的衬底为陶瓷管。
更优选的，气敏传感器探头的衬底为氧化铝陶瓷管。
本申请的一种实现方式中，至少三种气体包括甲醛、乙醇和丙酮。
本申请的一种实现方式中，在0-400℃的工作温度范围对至少三种气体的选择性检测，具体包括，在200℃以下的工作温度时气敏传感器对甲醛响应最高，在200℃到340℃之间的工作温度气敏传感器对乙醇响应最高，在400℃或以上的工作温度气敏传感器对丙酮响应最高，利用气敏传感器在不同工作温度下的最高响应气体，实现对甲醛、乙醇和丙酮的选择性检测。
本申请的另一方面公开了一种气敏传感器，包括气敏传感器探头，气敏传感器探头的衬底表面涂覆有半导体气敏材料层，半导体气敏材料层表面具有纳米贵金属颗粒修饰层。
需要说明的是，本申请在半导体气敏材料层的表面修饰纳米贵金属颗粒，使得本申请的气敏传感器，仅仅使用单一探头即可实现在0-400℃的工作温度范围对至少三种气体的选择性检测；提升了气敏传感器的气体选择性、拓展了其选择气体的种类。
本申请的一种实现方式中，气敏传感器的纳米贵金属颗粒修饰层中，纳米贵金属颗粒为纳米金、纳米银、纳米铂和纳米钯中的至少一种。
优选的，纳米贵金属颗粒为纳米金。
本申请的一种实现方式中，纳米贵金属颗粒修饰层的厚度为1-10nm。
本申请的一种实现方式中，气敏传感器的半导体气敏材料层中，半导体气敏材料为ZnO、TiO2、WO3、SnO2和In2O3中的至少一种。
优选的，半导体气敏材料为纳米四足氧化锌。
本申请的一种实现方式中，气敏传感器探头的衬底由陶瓷、硅片、塑料或玻璃中的至少一种制备。
优选的，气敏传感器探头的衬底为陶瓷管。
更优选的，气敏传感器探头的衬底为氧化铝陶瓷管。
可以理解，氧化铝陶瓷管只是本申请的一种实现方式中具体采用的气敏传感器探头衬底，不排除还可以采用其他陶瓷管，或者采用其他材料的衬底，本申请的气敏传感器不仅限于采用陶瓷管或氧化铝陶瓷管衬底。
由于采用以上技术方案，本申请的有益效果在于：
本申请增加多功能气敏传感器气体选择功能的方法，利用纳米贵金属颗粒修饰半导体气敏材料层表面，提升了气敏传感器的气体选择性、拓展了其选择气体的种类，能够实现在0-400℃的工作温度范围对至少三种气体的选择性检测，为制备气体选择功能更多的多功能气敏传感器提供了一种新的方案和途径。
附图说明
图1是本申请实施例中氧化锌纳米四足结构的扫描电子显微镜图；
图2是本申请实施例中对比试验纳米四足氧化锌气敏传感器对不同气体的响应测试结果图；
图3是本申请实施例中对比试验纳米四足氧化锌气敏传感器对不同气体的响应测试结果图的部分放大展示图；
图4是本申请实施例中纳米金修饰的氧化锌纳米四足结构的扫描电子显微镜图；
图5是本申请实施例中纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器对不同气体的响应测试结果图；
图6是本申请实施例中纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器对不同气体的响应测试结果图的部分放大展示图；
图7是本申请实施例中对比试验纳米四足氧化锌气敏传感器的实测响应曲线图；
图8是本申请实施例中纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器的实测响应曲线图；
图9是本申请实施例中纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器对气体的选择性变化图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
现有的气敏传感器在多组分混合气体检测中存在交叉敏感的问题，即气敏传感器不仅对目标气体有检出，对其他非目标气体也有检出；这直接影响气敏传感器的检测特异性。
但是，本申请发明人正是利用气敏传感器对多种气体都有响应的缺陷，通过研究和优化半导体气敏材料层表面修饰，具体的，使用纳米贵金属材料层修饰半导体气敏材料层表面，使得气敏传感器在不同温度下，对不同气体具有最强响应；从而突破了现有气敏传感器只能实现双功能气体选择性的限制，使得本申请的气敏传感器在单一探头情况下也能够实现至少三种气体的选择性检测。并且，只需要在0-400℃的工作温度范围即可实现三种气体选择性，工作温度范围相对较低、能耗低、安全性高。
基于以上研究和认识，本申请创造性的提出了一种增加多功能气敏传感器气体选择功能的方法，包括在气敏传感器探头的半导体气敏材料层表面形成纳米贵金属材料修饰层，使得气敏传感器的单一探头即可实现在0-400℃的工作温度范围对至少三种气体的选择性检测。
并提出了一种气敏传感器，包括气敏传感器探头，气敏传感器探头的衬底表面涂覆有半导体气敏材料层，其中，半导体气敏材料层表面具有纳米贵金属颗粒修饰层。
本申请的方法和气敏传感器，仅仅使用单一探头即可实现在0-400℃的工作温度范围对至少三种气体的选择性检测；提升了气敏传感器的气体选择性、拓展了其选择气体的种类。
下面通过具体实施例和附图对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。
实施例一
本例采用纳米四足氧化锌作为半导体气敏材料，对比分析了纳米金修饰与不修饰，对气敏传感器的影响。其中，气敏传感器衬底采用氧化铝陶瓷管。具体试验如下：
一、气敏传感器制备
1.纳米四足氧化锌制备
本例将1g锌片置于一根长10厘米内径4毫米的石英管中，置于管式炉中心，管式炉一端通入400sccm的氮气，一端通入50sccm氧气，氧气在进入管式炉之前先经过水。管式炉中心温度750℃，烧20分钟。在氧气通入端可以收集到白色絮状的氧化锌，即获得纳米四足氧化锌。
2.纳米四足氧化锌气敏传感器制备
将0.25克的纳米四足氧化锌溶于5毫升的松油醇中制成浆料，再用刷子涂到陶瓷管电极上。本例采用的陶瓷管为氧化铝陶瓷管。陶瓷管电极表面对称分布两圈金电极，并以铂金丝引出电极。将器件在500℃下退火半小时。将陶瓷管电极焊接到基座上，再在陶瓷管电极中间穿入电阻丝用以控制温度。即获得纳米四足氧化锌作为半导体气敏材料层的纳米四足氧化锌气敏传感器。
3.纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器制备
在纳米四足氧化锌气敏传感器的半导体气敏材料层表面形成纳米金修饰层，即获得纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器。具体制备方法如下：
方法一：通过磁控溅射在半导体气敏材料层表面镀上一层金薄膜，厚度为5nm，然后在500℃下快速退火3分钟，形成分裂的金纳米颗粒，即获得本例的纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器。
方法二：先用湿化学法合成金纳米颗粒，具体的，将0.1克PVP溶于25毫升DEG中，将溶液加热到250℃回流5分钟；将200微升的氯金酸溶于1.8毫升的DEG中，加入到上述沸腾的溶液汇总回流10分钟，制备获得金纳米颗粒。通过离心机取出合成好的金纳米颗粒，将其分散于乙醇，形成浆料；将制备的纳米四足氧化锌气敏传感器浸于含有金纳米颗粒的乙醇溶液中，等待气敏传感器从白色变成粉色，就说明金纳米颗粒已经自组装到氧化锌表面，本例具体浸泡10小时即可；最后，将器件在500℃下退火半小时，获得本例的纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器。
本例试验证实以上两种方法都可以有效的制备获得纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器，并且性能相当。
采用扫描电子显微镜图观察纳米四足氧化锌气敏传感器表面的氧化锌纳米四足结构，结果如图1所示；观察纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器表面的氧化锌纳米四足结构表面修饰金纳米颗粒，结果如图4所示。图1和图4的结果都与预期相符。
二、气敏传感器性能测试
本例分别测试了纳米四足氧化锌气敏传感器和纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器，即直接采用半导体气敏材料层制备的气敏传感器，以及半导体气敏材料层表面具有纳米贵金属材料修饰层的气敏传感器，对比分析了纳米贵金属材料修饰层对气敏传感器的影响。具体如下：
气敏传感器的测试设备为河南汉威电子科技公司提供的测试设备WS-30B，将制备好的气敏传感器置于WS-30B的测试基座上，给气敏传感器加上5V的测试电压，测试气敏传感器的电阻。
在电阻测试过程中，先通4分钟的空气，得到气敏传感器在空气中的稳定电阻。然后通入500ppm的乙醇气体(Ethanol)，保持4分钟，得到气敏传感器对乙醇气体的响应曲线和稳定电阻；再通入空气维持4分钟，得到气敏传感器在乙醇气体撤去之后的电阻恢复曲线，气敏传感器的电阻恢复至最开始的器件在空气中的电阻。接着通入500ppm的甲醇气体(Methanol)，维持4分钟，得到气敏传感器对甲醇气体的响应曲线和稳定电阻；再通入空气维持4分钟，得到气敏传感器在甲醇气体撤去后的电阻恢复曲线，气敏传感器的电阻恢复至最开始的器件在空气中的电阻。再通入500ppm的丙酮气体(Acetone)，维持4分钟，得到气敏传感器对丙酮气体的响应曲线和稳定电阻；再通入空气维持4分钟，得到气敏传感器在丙酮气体撤去后的电阻恢复曲线，气敏传感器的电阻恢复至最开始的器件在空气中的电阻。再通入500ppm的甲醛气体(Formaldehyde)，维持4分钟，得到气敏传感器对甲醛气体的响应曲线和稳定电阻；再通入空气维持4分钟，得到气敏传感器在甲醛气体撤去后的电阻恢复曲线，气敏传感器的电阻恢复至最开始的器件在空气中的电阻。
至此，得到气敏传感器对乙醇、甲醇、丙酮、甲醛气体的响应的电阻变化曲线，从而计算出气敏传感器对着4种气体的响应灵敏度。本例分别将器件的温度控制在室温(约25℃)、100℃、200℃、260℃、300℃、340℃、400℃，重复上述测量过程，获得气敏传感器在这些温度下对这4种气体的响应的电阻变化曲线，计算出相应温度下的响应灵敏度。
纳米四足氧化锌气敏传感器对乙醇、甲醛、甲醇、丙酮的响应曲线，结果如图2和图3所示；方法二制备的纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器对乙醇、甲醛、甲醇、丙酮的响应曲线，结果如图5和图6所示。方法一制备的纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器性能与方法二制备的纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器相同，在此不重复展示。图2是纳米四足氧化锌气敏传感器对四种气体总的响应曲线图，图3是在200℃以下部分的放大显示图；图5是纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器对四种气体总的响应曲线图，图6是在200℃以下部分的放大显示图。因为整体响应曲线，其后面部分的响应太高，使得前面部分在整体曲线图中显示不出区别；所以，本例单独提供了前面部分的响应曲线图，即图3和图6。
图2和图3的结果显示，纳米四足氧化锌气敏传感器在260℃之下对甲醛气体响应最高，响应最好。260℃之后对乙醇响应最高，选择性最好。纳米四足氧化锌气敏传感器在0-400℃范围内只能对甲醛和乙醇两种气体进行选择性检测。
图5和图6的结果显示，纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器在200℃以下对甲醛响应最高，200℃到340℃之间对乙醇响应最高，400℃对丙酮响应最高。由此可见，纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器的气体选择功能从两种(乙醇、甲醛)拓展到了3种(乙醇、甲醛、丙酮)，即纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器能够对乙醇、甲醛、丙酮三种气体进行选择性检测。
图2、3、5和6的结果显示，随着温度升高，纯的氧化锌纳米四足结构和金颗粒修饰的氧化锌纳米四足结构，两者对乙醇、甲醇和甲醛3种气体的响应灵敏度都是先上升然后下降，对丙酮气体的响应都是一直上升。在0-400℃之间，金纳米颗粒修饰的氧化锌纳米四足结构先后分别对甲醛、乙醇、丙酮表现出比其他三种气体更高的响应灵敏度，即较好的选择性，而纯的氧化锌纳米四足结构制成的器件只对甲醛和乙醇表现出较好的选择性。因此说明通过金颗粒修饰，可以增加氧化锌纳米四足结构的气体选择性的种类，在同样的0-400℃之间获得三选择性的气敏传感器。
纳米四足氧化锌气敏传感器的实测响应曲线如图7所示，图7中，(a)图为100℃的实测响应曲线，(b)图为200℃的实测响应曲线，(c)图为260℃的实测响应曲线，(d)图为300℃的实测响应曲线，(e)图为340℃的实测响应曲线，(f)图为400℃的实测响应曲线，(g)图为响应从低到高的排序图。图7也可以看出，在260℃之前和之后，纳米四足氧化锌气敏传感器分别对甲醛和乙醇表现出最高的响应灵敏度；可见纯的氧化锌纳米四足结构在0-400℃之间只对甲醛和乙醇具有选择性。
方法二制备的纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器的实测响应曲线如图8和图9所示，图8中，(a)图为100℃的实测响应曲线，(b)图为200℃的实测响应曲线，(c)图为260℃的实测响应曲线，(d)图为300℃的实测响应曲线，(e)图为340℃的实测响应曲线，(f)图为400℃的实测响应曲线。图9为纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器对气体的选择性变化图。图8和图9也可以看出，在200℃以下，纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器对甲醛气体表现出较高的响应，即表现出选择性；在260℃到340℃之间，对乙醇响应最高，表现出选择性；在400℃，对丙酮响应最高，表现出选择性；可见纳米金修饰的氧化锌纳米四足结构在0-400℃之间对甲醛、乙醇和丙酮都具有选择性。
根据以上试验和分析可见，可以通过在气敏传感器探头衬底上的半导体气敏材料层表面形成纳米金修饰层的方式，增加多功能气敏传感器的气体选择功能，即使得气敏传感器的单一探头就可以实现在0-400℃的工作温度范围对三种气体的选择性检测。
需要说明的是，虽然本例具体采用的是纳米金对半导体气敏材料层表面进行修饰；但是，可以预期其他类似的纳米贵金属材料，例如纳米银、纳米铂和纳米钯，也可以起到类似的增加多功能气敏传感器的气体选择功能的作用。
本例对纳米金修饰纳米四足氧化锌气敏传感器能够实现三种气体的选择性检测的原理进行深入分析发现，本申请之所以能够实现三种气体的选择性检测，是因为，纳米金颗粒修饰半导体气敏材料表面，可以降低气体在气敏材料表面的反应活化能，从而使得气敏传感器在更低的温度下对气体表现出响应性能。因此，通过在半导体气敏材料表面修饰纳米金颗粒，在检测气体时可以达到和升高工作温度类似的效果。
基于以上原理分析，可以预期，其它与纳米金颗粒类似的贵金属颗粒，例如纳米银、纳米铂和纳米钯，也能够具有本例纳米金颗粒修饰相同或相当的技术效果。只是具体的工作温度或者最佳响应温度会有所区别。但是，可以预期的是，采用其他纳米贵金属材料，也必然符合本例的规律，例如在低温下对甲醛响应最高，随着温度升高，对乙醇响应最高，最后是丙酮响应最高；并且，可以预期工作温度范围也是在0-400℃，例如0-300℃、0-350℃或0-400℃。
可以理解，本实验相对于现有技术的贡献是，研究发现可以通过在气敏传感器衬底的半导体气敏材料层表面形成纳米贵金属颗粒修饰层的方式，增加多功能气敏传感器的气体选择功能，即使得气敏传感器的单一探头就可以实现在0-400℃的工作温度范围对三种气体的选择性检测。至于具体的半导体气敏材料可以是本实验的纳米四足氧化锌，也可以是氧化锌的其他结构，或者其他常见的用于制作气敏传感器的半导体，如TiO2、WO3、SnO2、In2O3等。可以预期其他结构的氧化锌或其他半导体材料，如TiO2、WO3、SnO2、In2O3，只要表面进行纳米贵金属颗粒修饰，就能够达到增加多功能气敏传感器的气体选择功能的效果。只是不同半导体的具体选择，可能会影响工作温度或者最佳响应温度。同样的，也可以预期，即便采用不同的半导体材料，也必然符合本例的规律，例如在低温下对甲醛响应最高，随着温度升高，对乙醇响应最高，最后是丙酮响应最高。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (3)
1.一种增加多功能气敏传感器气体选择功能的方法，其特征在于：包括在气敏传感器探头的半导体气敏材料层表面形成纳米贵金属颗粒修饰层，使得气敏传感器的单一探头即可实现在0-400℃的工作温度范围对至少三种气体的选择性检测；
所述纳米贵金属颗粒为纳米金；
所述纳米贵金属颗粒修饰层的厚度为1-10nm；
所述至少三种气体包括甲醛、乙醇和丙酮；
所述在0-400℃的工作温度范围对至少三种气体的选择性检测，具体包括，在200℃以下的工作温度时气敏传感器对甲醛响应最高，在200℃到340℃之间的工作温度气敏传感器对乙醇响应最高，在400℃的工作温度气敏传感器对丙酮响应最高，利用气敏传感器在不同工作温度下的最高响应气体，实现对甲醛、乙醇和丙酮的选择性检测；
所述纳米贵金属颗粒修饰层采用以下方法制备，
（1）采用磁控溅射在半导体气敏材料层表面镀1-10nm的贵金属膜，然后在高温下快速退火，形成分裂的贵金属纳米颗粒，即获得所述纳米贵金属颗粒修饰层；
或者，
（2）将涂覆了半导体气敏材料层的气敏传感器探头浸泡到贵金属纳米颗粒的乙醇悬浮液中至少10h，使贵金属纳米颗粒自组装到半导体气敏材料层表面，然后加热去除水分和有机物，即获得所述纳米贵金属颗粒修饰层；
所述半导体气敏材料为纳米四足氧化锌。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述气敏传感器探头的衬底由陶瓷、硅片、塑料或玻璃中的至少一种制备。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述气敏传感器探头的衬底为氧化铝陶瓷管。
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