CN114152646B - 一种钼酸盐挥发性有机化合物检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及挥发性有机化合物检测领域，具体涉及一种钼酸盐挥发性有机化合物检测装置，包括绝缘层、电致伸缩部、钼酸盐层、测试电极，电致伸缩部有两个，两个电致伸缩部分别固定连接在绝缘层下表面的两端，钼酸盐层设置在绝缘层上表面的中部，测试电极有两个，两个测试电极设置在绝缘层上，两个测试电极与钼酸盐层固定连接。电致伸缩部产生微振动，导致钼酸盐层表面的纳米凸起产生微振动，使得钼酸盐层与挥发性有机化合物具有更多的接触面积，从而提高了挥发性有机化合物气体的气敏灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及挥发性有机化合物检测领域，具体涉及一种钼酸盐挥发性有机化合物检测装置。
背景技术
挥发性有机化合物是在常温常压下，具有高蒸气压、易挥发的有机化学物质，也是室内最常见的一类污染物，其中包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯等，均是最危险的污染物。这些污染物常被用作涂料、油漆、粘合剂、洗涤剂、染料中的有机溶剂。
金属氧化物半导体气体传感器具有响应速度快、工艺简单、成本低等优点备受青睐，并得到广泛的研究和应用。其中简单金属氧化物半导体气敏传感器具有选择性差的缺陷。而多元金属氧化物半导体气敏传感器吸附能力强、缺陷密度大，能够实现优异的气敏选择性。
研究表明，钼酸盐具有独特的能带结构和片层状分布，具有较高的气敏选择性。但是，由于参与气敏效应的主要来自钼酸盐的表层，所以气敏的灵敏度低。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种钼酸盐挥发性有机化合物检测装置，包括绝缘层、电致伸缩部、钼酸盐层、测试电极，电致伸缩部有两个，两个电致伸缩部分别固定连接在绝缘层下表面的两端，钼酸盐层设置在绝缘层上表面的中部，测试电极有两个，两个测试电极设置在绝缘层上，两个测试电极与钼酸盐层固定连接。
更进一步地，电致伸缩部包括第一电极、电致伸缩材料层、第二电极，第一电极与绝缘层固定连接，电致伸缩材料层设置在第一电极的下侧，第二电极设置在电致伸缩材料层的下侧。
更进一步地，钼酸盐层中设有孔洞。
更进一步地，孔洞贯穿所述钼酸盐层。
更进一步地，绝缘层上表面设有凹陷。
更进一步地，凹陷部分地设置在孔洞的下侧。
更进一步地，钼酸盐层包括钼酸铁颗粒。
更进一步地，钼酸盐层由钼酸铁微球构成。
更进一步地，钼酸盐层由钼酸铁和MXene构成。
更进一步地，钼酸盐层由钼酸铁颗粒和碳纳米管构成。
本发明的有益效果：本发明提供了一种钼酸盐挥发性有机化合物检测装置，包括绝缘层、电致伸缩部、钼酸盐层、测试电极，电致伸缩部有两个，两个电致伸缩部分别固定连接在绝缘层下表面的两端，钼酸盐层设置在绝缘层上表面的中部，测试电极有两个，两个测试电极设置在绝缘层上，两个测试电极与钼酸盐层固定连接。电致伸缩部产生微振动，导致钼酸盐层表面的纳米凸起产生微振动，使得钼酸盐层与挥发性有机化合物具有更多的接触面积，从而提高了挥发性有机化合物气体的气敏灵敏度。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是一种钼酸盐挥发性有机化合物检测装置的示意图。
图2是又一种钼酸盐挥发性有机化合物检测装置的示意图。
图3是再一种钼酸盐挥发性有机化合物检测装置的示意图。
图中：1、绝缘层；2、电致伸缩部；3、钼酸盐层；11、凹陷；21、第一电极；22、电致伸缩材料层；23、第二电极；31、孔洞。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。
实施例1
本发明提供了一种钼酸盐挥发性有机化合物检测装置，如图1所示。本发明的钼酸盐挥发性有机化合物检测装置包括绝缘层1、电致伸缩部2、钼酸盐层3、测试电极。绝缘层1的材料为三氧化二铝。三氧化二铝能够耐高温，能够通过三氧化二铝加热钼酸盐层3。测试电极的材料为铂。铂电极具有较小的电阻，从而能够测量出钼酸盐层3电阻的微小变化。电致伸缩部2有两个，两个电致伸缩部2分别固定连接在绝缘层1下表面的两端。电致伸缩部2包括第一电极21、电致伸缩材料层22、第二电极23。第一电极21和第二电极23的材料为金、银或铂。电致伸缩材料层23的材料为铌镁酸铅、铌镁酸铅-钛酸铅、锆钛酸铅镧或锆钛酸铅钡等电致伸缩陶瓷。第一电极21与绝缘层1固定连接，电致伸缩材料层22设置在第一电极的下侧，电致伸缩材料层22余第一电极21固定连接，第二电极23设置在电致伸缩材料层22的下侧，第二电极23余电致伸缩材料层22固定连接。应用时，第二电极23连接基底，基底为绝缘材料。第一电极21和第二电极23连接外部交流电源，通电后电致伸缩材料层22产生微振动。两个电致伸缩部2连接的电压可以具有相同的相位或相反的相位，电压可以相同，也可以不同，在实际情况中可以根据实际情况调节，在此不作限制。钼酸盐层3设置在绝缘层1上表面的中部。钼酸盐层3包括钼酸铁颗粒，具体地，钼酸盐层3由钼酸铁微球构成。测试电极有两个，两个测试电极设置在绝缘层1上，两个测试电极与钼酸盐层3固定连接。两个测试电极连接外电路，用以测量钼酸盐层3电阻变化。
应用时，外部热源加热绝缘层1的中部，第一电极21和第二电极23连接外部交流电源。首先，将钼酸盐层3置于空气中，空气中的氧气分子吸附在钼酸盐层3的表面上，氧气分子通过夺取钼酸盐层3表面导带中的电子电离为氧负离子，从而降低钼酸盐层3的电子密度并增加钼酸盐层3的电阻Ra；然后将钼酸盐层3置于待测气体中，待测气体与氧负离子发生还原反应，氧负离子释放电子，从而减小钼酸盐层3的电阻Rg。待测气体的检测灵敏度为S＝Ra/Rg。
在本发明中，电致伸缩部2产生微振动，从而导致钼酸盐层3表面的纳米凸起产生微振动，使得钼酸盐层3与挥发性有机化合物气体具有更多的接触面积，从而提高了挥发性有机化合物气体的气敏灵敏度。如硕士学位论文“钼酸铁纳米材料形貌结构的调控与气敏性能的研究”(武汉工程大学，2020年)所公开，钼酸铁微球并且是光滑的微球，微球的表面具有数百纳米尺寸的凸起或者棒状结构。在微振动作用下，钼酸铁微球之间不仅会产生间隙，而且凸起或棒状结构之间也会产生更多的间隙，从而增加了钼酸铁微球与气体接触的表面积，使得钼酸铁微球吸附更多的氧气和待检测气体，从而提高了检测的灵敏度。另外，微振动导致了凸起或者棒状结构运动，还有利于凸起或者棒状结构本身与更多的气体分子接触，从另一方面提高了挥发性有机化合物气体检测的灵敏度。
实施例2
在实施例1的基础上，如图2所示，钼酸盐层3中设有孔洞31。钼酸铁微球的尺寸大于10微米、小于30微米。这样一来，可以应用离子束刻蚀在钼酸铁微球中制备孔洞31。在实际应用中，孔洞31不必要在钼酸铁微球的正中心，只有在钼酸盐层3中设置较多的孔洞即可，从而降低的实验难度。孔洞31增加了钼酸盐层3与气体的接触面积，从而更进一步地提高了在氧气环境中钼酸盐层3的电阻、降低了在待测气体环境中钼酸盐层3的电阻，从而提高了挥发性有机化合物气体检测的灵敏度。另一方面，在钼酸盐层3中设置孔洞31，在微振动的作用下，钼酸盐层3更容易产生晃动，从而钼酸盐层3的表面接触更多的气体分子，从而实现更高灵敏度的挥发性有机化合物气体检测的灵敏度。
实施例3
在实施例2的基础上，孔洞31贯穿钼酸盐层3。这样一来，不仅气体与钼酸盐层3具有更多的接触面积，而且气体能够穿透钼酸盐层3，到达钼酸盐层3的底部，因此，钼酸盐层3与气体具有更多的接触面积，从而提高挥发性有机化合物气体检测的灵敏度。一般地，由钼酸铁等钼酸盐物质构成的薄膜作为敏感层，敏感层为层状，氧气或待测气体不易到达敏感层的底部。在本实施例中，孔洞31贯穿钼酸盐层3，便于气体穿过钼酸盐层3，从而到达钼酸盐层3的底面，增加了钼酸盐层3与气体的接触面积，从而提高了气体检测的灵敏度。
实施例4
在实施例3的基础上，如图3所示，绝缘层1上表面设有凹陷11。钼酸盐层3覆盖凹陷11。这样一来，钼酸盐层3部分地处于悬空状态，从而使得钼酸盐层3与气体具有更多的接触面积，从而提高了气体检测的灵敏度。
实施例5
在实施例4的基础上，凹陷11部分地设置在孔洞31的下侧。也就是说，孔洞31与凹陷11联通。凹陷11的尺寸大于孔洞31的尺寸。这样一来，气体能够从孔洞31进入凹陷11，从而使得更多的气体与钼酸盐层3底面接触，更多地提高了与氧气接触时，钼酸盐层3的电阻；更多地降低了与待测气体接触时，钼酸盐层3的电阻，从而更进一步地提高了气体检测的灵敏度。
实施例6
在实施例5的基础上，钼酸盐层3由钼酸铁和类石墨烯材料MXene构成。钼酸铁/MXene复合材料中，钼酸铁微球被薄膜层状MXene包覆。MXene的添加形成了比表面积极大增加的三维疏松分级结构，加速了还原性气体分子的吸附和扩散。另外，当钼酸盐层3微振动时，疏松结构更容易产生微振动，从而与气体具有更大的接触面积，从而提高气体检测的灵敏度。
实施例7
在实施例5的基础上，钼酸盐层3由钼酸铁颗粒和碳纳米管构成。一方面，碳纳米管具有较多的表面积；另一方面，当钼酸盐层3产生微振动时，钼酸铁颗粒或钼酸铁微球之间的界面更容易变化，从而产生更多的表面积。这两方面的效果均增加了钼酸盐层3与气体的接触面积，从而提高了气体检测的灵敏度。
更进一步地，碳纳米管突出钼酸盐层3，也就是说碳纳米管伸出钼酸盐层3或者钼酸铁微球的高度。这样一来，碳纳米管能够吸附更多的气体，增加了钼酸铁微球附近的气体浓度，从而更多地改变了钼酸铁微球的电阻，从而提高了气体检测的灵敏度。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种钼酸盐挥发性有机化合物检测装置，其特征在于，包括绝缘层、电致伸缩部、钼酸盐层、测试电极，所述电致伸缩部有两个，两个所述电致伸缩部分别固定连接在所述绝缘层下表面的两端，所述钼酸盐层设置在所述绝缘层上表面的中部，所述测试电极有两个，两个所述测试电极设置在所述绝缘层上，两个所述测试电极与所述钼酸盐层固定连接。
2.如权利要求1所述的钼酸盐挥发性有机化合物检测装置，其特征在于：所述电致伸缩部包括第一电极、电致伸缩材料层、第二电极，所述第一电极与所述绝缘层固定连接，所述电致伸缩材料层设置在所述第一电极的下侧，所述第二电极设置在所述电致伸缩材料层的下侧。
3.如权利要求2所述的钼酸盐挥发性有机化合物检测装置，其特征在于：所述钼酸盐层中设有孔洞。
4.如权利要求3所述的钼酸盐挥发性有机化合物检测装置，其特征在于：所述孔洞贯穿所述钼酸盐层。
5.如权利要求4所述的钼酸盐挥发性有机化合物检测装置，其特征在于：所述绝缘层上表面设有凹陷。
6.如权利要求5所述的钼酸盐挥发性有机化合物检测装置，其特征在于：所述凹陷部分地设置在所述孔洞的下侧。
7.如权利要求1-6任一项所述的钼酸盐挥发性有机化合物检测装置，其特征在于：所述钼酸盐层包括钼酸铁颗粒。
8.如权利要求7所述的钼酸盐挥发性有机化合物检测装置，其特征在于：所述钼酸盐层由钼酸铁微球构成。
9.如权利要求7所述的钼酸盐挥发性有机化合物检测装置，其特征在于：所述钼酸盐层由钼酸铁和MXene构成。
10.如权利要求7所述的钼酸盐挥发性有机化合物检测装置，其特征在于：所述钼酸盐层由钼酸铁颗粒和碳纳米管构成。
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