CN114354724A - 一种金属氧化物半导体气体传感器及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于气体传感器领域，尤其涉及一种金属氧化物半导体气体传感器及其制备方法和应用。本发明提供的气体传感器包括：导电纤芯；包覆在所述导电纤芯侧面的二氧化硅包层；缠绕固定于所述二氧化硅包层表面的两个气体检测电极；包覆在所述二氧化硅包层表面的金属氧化物半导体层，两个所述气体检测电极的自由端从所述金属氧化物半导体层穿出；和设置在所述导电纤芯两端的加热电极。本发明提供的气体传感器以导电纤芯作为热源，以二氧化硅作为绝缘基底，具有热源利用率高、体积小、制备工艺简单等优点，且该气体传感器还具有一定的柔韧性，使金属氧化物半导体气体传感器的柔性可穿戴应用成为可能。

Description

一种金属氧化物半导体气体传感器及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于气体传感器领域，尤其涉及一种金属氧化物半导体气体传感器及其制备方法和应用。

背景技术

气体传感器是一种能够检测目标气体的种类及浓度，并将其以电信号进行输出的器件。气体传感器可分为半导体气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧式气体传感器、电化学气体传感器、光学气体传感器等。其中金属氧化物半导体气体传感器是半导体气体传感器中的一种，具有响应快、灵敏度高、性能稳定、结构简单、成本低等特点，在所有种类气体传感器中占比约60％，目前获得广泛的研究和应用，如ZnO、SnO₂、Fe₂O₃、In₂O₃、WO₃、TiO₂、Co₃O₄等，已被开发为气体检测活性材料。金属氧化物半导体气体传感器的灵敏度与其工作温度相关，一般在200℃以上传感器具有最高的响应灵敏度。

目前，常见的金属氧化物半导体气体传感器通常是将气敏材料涂敷在陶瓷管和直接生长在MEMS等硬性基底上，具有以下缺点：

(1)对于陶瓷管结构的气体传感器而言，普遍是采用陶瓷管内置加热丝的工艺，但是这种方法做出的加热层由于空间较大，空气流动较快，也会造成热量散失较快，影响隔热效果，从而大大增加了功耗。

(2)对于MEMS传感器技术方案中，为降低功耗，实现结构保温普遍采用绝热槽。目前，基于MEMS加工技术制作的硅基气体传感器普遍采用的结构是：在单晶硅基底的上表面沉积一层氮化硅膜层作为下绝缘层，在单晶硅基底的下表面制备绝热槽。制备绝热槽时可使用背面湿法刻蚀工艺，也可先对下绝缘层蚀刻出悬臂梁，再往下湿法刻蚀出倒金字塔式绝热槽。两种绝热槽可以更好的防止热量的散失以降低功耗。下绝缘层上方通过剥离工艺(lift-off)加工出铂加热丝层，通过给加热丝通电即可产生热量，形成气体传感器工作所需要的温度。在铂加热丝表面上又沉积一层氮化硅层作为上绝缘层，最后沉积温度敏感层和气体敏感层。但是这种方法蚀刻出绝热槽后加热层与气体敏感层仅靠一层薄膜结构的氮化硅层支撑，而该薄膜仅在两端被悬臂结构的支撑衬底支撑，这种薄膜结构的绝缘层力学性能较差，在器件受到震动或者碰撞时易发生破裂导致器件失效。除此之外，由于隔热层与加热丝的热膨胀系数的差异，在高温下隔热层易翘曲使加热丝易从隔热层脱落，同样导致器件失效。其次，悬臂结构的绝热槽利用悬臂之间的空气隔热，由于空间较大，空气流动较快，也会造成热量散失较快，影响隔热效果。再次，该种绝热槽的制备工艺复杂，对控制条件要求较高，从而增加了加工难度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种金属氧化物半导体气体传感器及其制备方法和应用，本发明提供的气体传感器热源利用率高，体积小。

本发明提供了一种金属氧化物半导体气体传感器，包括：

导电纤芯；

包覆在所述导电纤芯侧面的二氧化硅包层；

缠绕固定于所述二氧化硅包层表面的两个气体检测电极；

包覆在所述二氧化硅包层表面的金属氧化物半导体层，两个所述气体检测电极的自由端从所述金属氧化物半导体层穿出；

和设置在所述导电纤芯两端的加热电极。

优选的，所述导电纤芯为掺杂硅纤维。

优选的，所述导电纤芯的直径为5～20μm。

优选的，二氧化硅包层的外径为80～150μm。

优选的，所述金属氧化物半导体层的成分为氧化锌、三氧化钨、氧化锡、二氧化钛和三氧化二钴中的一种或多种。

优选的，所述金属氧化物半导体层中材料的微观形貌为纳米棒、纳米带、纳米线、纳米梳、纳米针、纳米花、纳米管、纳米螺旋和纳米环中的一种或多种。

本发明提供了一种金属氧化物半导体气体传感器的制备方法，包括以下步骤：

a)将导电纤芯原料物装填到二氧化硅预制件中，进行热拉伸，得到二氧化硅复合纤维；

所述二氧化硅复合纤维包括导电纤芯和包覆在所述导电纤芯表面的二氧化硅包层；

b)对所述二氧化硅复合纤维进行切割，得到复合纤维段；然后在所述复合纤维段的两端分别缠绕固定气体检测电极；

c)在完成步骤b)处理的复合纤维段的表面生长金属氧化物半导体层；

d)完成步骤c)处理后，去除生长在复合纤维段两端的金属氧化物半导体，使导电纤芯重新暴露；然后在导电纤芯的两端设置加热电极，得到金属氧化物半导体气体传感器。

优选的，步骤a)具体包括：

a1)将导电纤芯原料物装填到二氧化硅预制棒中，进行热拉伸，得到二氧化硅复合纤维半成品；

a2)将所述二氧化硅复合纤维半成品装入二氧化硅纤维管中，进行热拉伸，得到二氧化硅复合纤维。

优选的，步骤c)中，生长所述金属氧化物半导体层的方法包括气相沉积法、原子层沉积法、模板法、溶剂热法、固相反应法、溶胶-凝胶法、静电纺丝和微波辅助法中的一种或多种。

本发明提供了一种柔性衬底传感器，包括：柔性衬底和固定在所述柔性衬底上的若干个气体传感器；所述气体传感器为上述技术方案所述的金属氧化物半导体气体传感器或上述技术方案所述制备方法制得的金属氧化物半导体气体传感器。

与现有技术相比，本发明提供了一种金属氧化物半导体气体传感器及其制备方法和应用。本发明提供的气体传感器包括：导电纤芯；包覆在所述导电纤芯侧面的二氧化硅包层；缠绕固定于所述二氧化硅包层表面的两个气体检测电极；包覆在所述二氧化硅包层表面的金属氧化物半导体层，两个所述气体检测电极的自由端从所述金属氧化物半导体层穿出；和设置在所述导电纤芯两端的加热电极。本发明提供的技术方案以导电纤芯作为热源，以二氧化硅作为绝缘基底，纤芯通电后产生的焦耳热可全部通过热传导的方式对金属氧化物半导体气敏材料进行加热，实现电热能的100％利用，解决了现有金属氧化物半导体气体传感器进行加热时传热损耗较大的问题；而且，本方案中的绝缘基底材料—二氧化硅可直接原位生长金属氧化物半导体，从而可以降低在基底上设置气敏材料层的技术难度，工艺实施门槛较低，更有利于商业化推广；此外，由于本方案采用纤维状的基底材料，相较于传统陶瓷管和MEMS基底，可以显著缩小气体传感器的整体体积，且可以是气体传感器具有一定的柔韧性，使金属氧化物半导体气体传感器的柔性可穿戴应用成为可能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的金属氧化物半导体气体传感器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的纵向排列的柔性传感器阵列的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的横向排列的柔性传感器阵列的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种金属氧化物半导体气体传感器，包括：

导电纤芯；

包覆在所述导电纤芯侧面的二氧化硅包层；

缠绕固定于所述二氧化硅包层表面的两个气体检测电极；

包覆在所述二氧化硅包层表面的金属氧化物半导体层，两个所述气体检测电极的自由端从所述金属氧化物半导体层穿出；

和设置在所述导电纤芯两端的加热电极。

参见图1，图1是本发明实施例提供的金属氧化物半导体气体传感器的结构示意图，其中，1为加热电极，2为导电纤芯，3为二氧化硅包层，4为金属氧化物半导体层，5为气体检测电极。

本发明提供的金属氧化物半导体气体传感器包括：两个加热电极1、导电纤芯2、二氧化硅包层3、金属氧化物半导体层4和两个气体检测电极5。

在本发明提供的气体传感器中，两个加热电极1分别设置在导电纤芯2的两端，作为导电纤芯2的电流输入/导出端。在本发明中，加热电极1的材质包括但不限于铂、金和铜中的一种或多种。

在本发明提供的气体传感器中，导电纤芯2作为气体传感器的加热基底，其在通电后可产生焦耳热。在本发明中，导电纤芯2的材质优选为掺杂硅纤维，更优选为硼掺杂硅纤维；所述硼掺杂硅纤维中的硅含量优选为90～99at％，具体可为90at％、91at％、92at％、93at％、94at％、95at％、96at％、97at％、98at％或99at％，最优选为94at％；所述硼掺杂硅纤维中的硼含量优选为1～10at％，具体可为1at％、2at％、3at％、4at％、5at％、6at％、7at％、8at％、9at％或10at％，最优选为6at％。在本发明中，导电纤芯2的直径优选为5～20μm，具体可为5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或20μm，最优选为10μm。

在本发明提供的气体传感器中，二氧化硅包层3作为气体传感器的绝缘基底，包覆在导电纤芯2的侧面，导电纤芯2与二氧化硅包层3整体上亦可称为二氧化硅复合纤维结构。在本发明中，二氧化硅包层3的外径优选为80～150μm，具体可为80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、105μm、110μm、115μm、120μm、125μm、130μm、135μm、140μm、145μm或150μm。

在本发明提供的气体传感器中，两个气体检测电极5作为气体传感器的气体接触端，分别位于靠近于二氧化硅包层3两端的位置，气体检测电极5的一端缠绕固定于二氧化硅包层3的表面，另一端为自由端。在本发明中，气体检测电极5的材质包括但不限于铂、金和铜中的一种或多种。在本发明中，气体检测电极5与二氧化硅包层3的连接处优选通过银浆烧结固定。

在本发明提供的气体传感器中，金属氧化物半导体层4作为气体传感器的气敏材料层，包覆在二氧化硅包层3的表面，两个气体检测电极5的自由端从金属氧化物半导体层4上穿出。在本发明中，金属氧化物半导体层4的成分优选为氧化锌、三氧化钨、氧化锡、二氧化钛和三氧化二钴中的一种或多种。在本发明中，金属氧化物半导体层4中材料的微观形貌优选为纳米棒、纳米带、纳米线、纳米梳、纳米针、纳米花、纳米管、纳米螺旋和纳米环中的一种或多种。在本发明提供的一个实施例中，金属氧化物半导体层4的材料具体为纳米棒结构的氧化锌。在本发明中，金属氧化物半导体层4的厚度优选为1～5μm，具体可为1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm，最优选为3μm。

本发明还提供了一种金属氧化物半导体气体传感器的制备方法，包括以下步骤：

a)将导电纤芯原料物装填到二氧化硅预制件中，进行热拉伸，得到二氧化硅复合纤维；

所述二氧化硅复合纤维包括导电纤芯和包覆在所述导电纤芯表面的二氧化硅包层；

b)沿纤维径向对所述二氧化硅复合纤维进行切割，得到复合纤维段；然后在所述复合纤维段的两端分别缠绕固定气体检测电极；

c)在完成步骤b)处理的复合纤维段的表面生长金属氧化物半导体层；

d)完成步骤c)处理后，去除生长在复合纤维段两端的金属氧化物半导体，使导电纤芯重新暴露；然后在导电纤芯的两端设置加热电极，得到金属氧化物半导体气体传感器。

在本发明提供的制备方法中，步骤a)中，所述导电纤芯原料物优选包括硅和硼；所述热拉伸的具体过程优选包括：

a1)将导电纤芯原料物装填到二氧化硅预制棒中，进行热拉伸，得到二氧化硅复合纤维半成品；

a2)将所述二氧化硅复合纤维半成品装入二氧化硅纤维管中，进行热拉伸，得到二氧化硅复合纤维。

在本发明提供的上述热拉伸过程中，步骤a1)中，所述热拉伸的温度优选为1900～2000℃，具体可为1950℃；热拉伸的速度优选为0.5～2m/min，更优选为1～1.5m/min，具体可为1.3m/min；所述二氧化硅复合纤维半成品为同轴纤维结构，内芯为导电纤芯原料物经过热拉伸成纤后的产物，壳层为二氧化硅预制棒经过热拉伸成纤后的产物；经过所述热拉伸后，所述二氧化硅预制棒的直径优选减小到0.1～2mm，具体可为1mm，所述导电纤芯原料物的直径优选减小到100～150μm，具体可为130μm。

在本发明提供的上述热拉伸过程中，步骤a2)中，所述热拉伸的热源为氢氧焰；热拉伸的过程中，所述二氧化硅纤维管与所述二氧化硅复合纤维半成品的二氧化硅壳层融为一体，成为新的二氧化硅壳层。

在本发明提供的制备方法中，步骤b)中，所述复合纤维段的长度优选为5～20cm，具体可为10cm；缠绕固定所述气体检测电极后，优选在缠绕区域涂覆银浆并烧结固定；所述烧结固定的温度优选为400～500℃，具体可为450℃；所述烧结固定的时间优选为5～30min，具体可为15min。

在本发明提供的制备方法中，步骤c)中，生长所述金属氧化物半导体层的方法包括气相沉积法、原子层沉积法(ALD)、模板法、溶剂热法、固相反应法、溶胶-凝胶法、静电纺丝和微波辅助法中的一种或多种；其中，所述气相沉积法包括但不限于化学气相沉积(CVD)和/或物理气相沉积(PVD)。在本发明中，对采用上述方法生长金属氧化物半导体层的具体操作步骤和操作条件没有特别限定，本领域技术人员根据所要生长的金属氧化物半导体层的成分、微观结构、厚度等要求，选择合适的操作步骤和操作条件即可。

在本发明提供的制备方法中，步骤d)中，去除所述金属氧化物半导体的方式优选为将复合纤维段的两端在酸液中浸泡；所述酸液优选为盐酸水溶液。步骤d)中，设置所述加热电极的方式优选为在导电纤芯的两端连接加热电极，然后在连接处涂覆银浆并烧结固定；所述烧结固定的温度优选为400～500℃，具体可为450℃；所述烧结固定的时间优选为5～30min，具体可为15min。

本发明提供的技术方案以导电纤芯作为热源，以二氧化硅作为绝缘基底，纤芯通电后产生的焦耳热可全部通过热传导的方式对金属氧化物半导体气敏材料进行加热，实现电热能的100％利用，解决了现有金属氧化物半导体气体传感器进行加热时传热损耗较大的问题；而且，本方案中的绝缘基底材料—二氧化硅可直接原位生长金属氧化物半导体，从而可以降低在基底上设置气敏材料层的技术难度，工艺实施门槛较低，更有利于商业化推广；此外，由于本方案采用纤维状的基底材料，相较于传统陶瓷管和MEMS基底，可以显著缩小气体传感器的整体体积，且可以是气体传感器具有一定的柔韧性，使金属氧化物半导体气体传感器的柔性可穿戴应用成为可能。

本发明还提供了一种柔性衬底传感器，包括：柔性衬底和固定在所述柔性衬底上的若干个气体传感器；所述气体传感器为上述技术方案所述的金属氧化物半导体气体传感器或上述技术方案所述制备方法制得的金属氧化物半导体气体传感器。

在本发明提供的柔性传感器阵列中，所述柔性衬底为编织材料或非编制材料；所述编织材料包括但不限于棉麻编织物；所述非编制材料包括但不限于聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚酰亚胺(PI)；所述气体传感器的个数可以为一个或多个；所述固定的方式优选为编制固定或涂胶固定。

本发明提供的柔性衬底传感器以本发明提供的金属氧化物半导体气体传感器作为传感器，具有热损小，体积小，柔韧性好等技术优势，在可穿戴设备领域具有十分广阔的应用前景。

为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。

实施例1

本实施例提供了一种纤维基底的金属氧化物半导体气体传感器，其具体制备过程如下：

(1)二氧化硅复合纤维的制备：

按照94at％的硅、6at％的硼的配比，将硅和硼片放入一端封闭的厚壁二氧化硅管(预制棒)中，然后放入加热炉中并将热炉加热至1950℃，预制棒和其装填的硼和硅在高温加热下逐渐转化为软化或熔融状态，此时通过绞盘施加拉力，牵引拉伸预制棒，形成一个同轴纤维，硅硼混合物在纤维中心，外层为SiO₂；在热拉过程中，预制棒的直径从30mm减小到1mm，纤芯的直径从4mm减小到130μm，热拉速度为1.3m/min；

将上述制备的直径为1mm的同轴纤维装入二氧化硅纤维管中，并使用氢氧焰加热再次进行热拉伸，得到直径为120μm的二氧化硅复合纤维(硼掺杂硅纤芯直径为10μm)。

将本实施例制备的二氧化硅复合纤维切割为10cm的长度，分别进行柔韧性和热效应测试，具体测试过程和测试结果如下：

(1.1)沿轴向对纤维的两端施加挤压力使其弯曲，测试纤维弯折断裂之前的极限曲率半径，结果约为10mm；由此可以证明，本实施例制备的二氧化硅复合纤维具有良好的柔韧性。

(1.2)将纤维的两端与电路相连接，施加直流电考察其产热情况，结果为：在10mA直流电下，纤维的温度可以达到200℃；由此可以证明，本实施例制备的二氧化硅复合纤维具有良好热效应，可有效降低传感器功耗。

(2)传感器气体检测电极的制备：

使用光纤切割机将步骤(1)制备的复合纤维切成需要的长度，然后将切割后的复合纤维在乙醇溶液中超声清洗10min去除表面的污染物并在空气中干燥；将直径100μm的铂线分别缠绕在复合纤维两端作为气体检测电极；将银浆涂敷在铂线和复合纤维的连接处，450℃退火15min，使纤维和铂线烧结在一起。

(3)生长金属氧化物半导体：

首先，通过溶胶-凝胶法在步骤(2)制备的连接有气体检测电极的复合纤维表面生长氧化锌种子层，具体操作步骤为：通用天平称取0.1646g醋酸锌粉末溶于25mL的无水乙醇溶液，磁力搅拌30min混合均匀，溶液颜色变得透明形成溶胶凝胶体系，种子溶液配置完成；将连接有气体检测电极的复合纤维表面等离子处理100s去除表面污染物和改善亲水性，使氧化锌种子溶液更容易附着在纤维表面；采用提拉法在纤维表面结晶氧化锌纳米颗粒，纤维通过夹具固定在提垃机上，种子溶液放置在纤维下方，加热圈固定在夹具和种子溶液中间，通过控制提拉高度使纤维在种子溶液中浸泡10s，控制提拉速度为1mm/s，缓慢将纤维提拉到加热圈内部，加热圈温度设定为180℃，在加热圈内部干燥5min使种子溶液结晶成氧化锌纳米颗粒，重复此过程5次；加热圈内部是圆柱形加热区域，纤维也是细长的圆柱，附着在纤维表面的种子溶液可以被均匀加热结晶成氧化锌纳米颗粒；制备的氧化锌种子层在350℃退火20min自然冷却到室温，加热速率为5℃/min，退火是为了让原子扩散并占据晶格中正确的位置提高结晶度，之后生长的氧化锌纳米棒有更好的取向性。

然后，在氧化锌种子层基础上，通过水热法生长氧化锌纳米棒，具体操作步骤为：将0.4462g的硝酸锌粉末和0.2102g的六亚甲基四胺粉末溶于25mL的去离子水中，加入0.6mL的氨水磁力搅拌1h形成生长溶液，将生长溶液和生长有种子层的纤维放入反应釜中，90℃反应12h；反应完成后取出纤维用去离子水冲洗掉沉积在纤维表面团簇的氧化锌纳米棒，在烘箱中60℃干燥6h蒸发多余水分；之后在400℃退火2h，去除氧化锌纳米棒中的杂质和减少结构缺陷；最终在复合纤维表面生长得到厚度约为3μm的金属氧化物半导体层。

(4)传感器加热电极的制备：

将步骤(3)制备的已均匀生长金属氧化物半导体的复合纤维两端浸泡在稀盐酸溶液中去除纤维两端多余的氧化锌纳米棒，防止加热电极和氧化锌纳米棒串联；然后在纤维两端的截面上分别连接直径100μm的铂线，并将银浆涂覆在铂线和纤维的连接处，管式炉中150℃退火15min，使纤维和铂线烧结在一起；通过高温烧结银浆，固体颗粒相互键联，晶粒长大，空隙和晶界渐趋减少，通过物质的传递，其总体积收缩，密度增加，银单质晶化，降低接触电阻，形成理想的欧姆接触。

本实施例提供的金属氧化物半导体气体传感器以纤维材料作为基底，弯曲性好，可以编织在衣物等柔性基底上。

实施例2

本实施例提供了一种柔性可穿戴传感器的集成体，包括：柔性衬底和体气体传感器；其中，所述柔性衬底为棉麻织物；所述气体传感器为按照实施例1所述方法制备的金属氧化物半导体气体传感器，该气体传感器制备过程中进行纤维切割时切割的长度较长，使气体传感器能够保持良好的弯曲性，可以直接编织固定到棉麻织物衬底上。

实施例3

本实施例提供了一种柔性可穿戴传感器的集成体，包括：柔性衬底和多个体气体传感器；其中，所述柔性衬底为聚二甲基硅氧烷(PDMS)衬底；所述气体传感器为按照实施例1所述方法制备的金属氧化物半导体气体传感器，该气体传感器制备过程中进行纤维切割时切割的长度较短，多个较短的纤维气体传感器通过耐高温胶水固定在PDMS衬底上，形成如图2所示的传感器阵列，用于多目标气体检测。

实施例4

本实施例提供了一种柔性可穿戴传感器的集成体，包括：柔性衬底和多个体气体传感器；其中，所述柔性衬底为聚酰亚胺(PI)衬底；所述气体传感器为按照实施例1所述方法制备的金属氧化物半导体气体传感器，该气体传感器制备过程中进行纤维切割时切割的长度较短，多个较短的纤维气体传感器通过耐高温胶水固定在PI衬底上，形成如图3所示的传感器阵列，用于多目标气体检测。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属氧化物半导体气体传感器，包括：

导电纤芯；

包覆在所述导电纤芯侧面的二氧化硅包层；

缠绕固定于所述二氧化硅包层表面的两个气体检测电极；

包覆在所述二氧化硅包层表面的金属氧化物半导体层，两个所述气体检测电极的自由端从所述金属氧化物半导体层穿出；

和设置在所述导电纤芯两端的加热电极。

2.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体气体传感器，其特征在于，所述导电纤芯为掺杂硅纤维。

3.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体气体传感器，其特征在于，所述导电纤芯的直径为5～20μm。

4.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体气体传感器，其特征在于，二氧化硅包层的外径为80～150μm。

5.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体气体传感器，其特征在于，所述金属氧化物半导体层的成分为氧化锌、三氧化钨、氧化锡、二氧化钛和三氧化二钴中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体气体传感器，其特征在于，所述金属氧化物半导体层中材料的微观形貌为纳米棒、纳米带、纳米线、纳米梳、纳米针、纳米花、纳米管、纳米螺旋和纳米环中的一种或多种。

7.一种金属氧化物半导体气体传感器的制备方法，包括以下步骤：

a)将导电纤芯原料物装填到二氧化硅预制件中，进行热拉伸，得到二氧化硅复合纤维；

所述二氧化硅复合纤维包括导电纤芯和包覆在所述导电纤芯表面的二氧化硅包层；

b)对所述二氧化硅复合纤维进行切割，得到复合纤维段；然后在所述复合纤维段的两端分别缠绕固定气体检测电极；

c)在完成步骤b)处理的复合纤维段的表面生长金属氧化物半导体层；

d)完成步骤c)处理后，去除生长在复合纤维段两端的金属氧化物半导体，使导电纤芯重新暴露；然后在导电纤芯的两端设置加热电极，得到金属氧化物半导体气体传感器。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤a)具体包括：

a1)将导电纤芯原料物装填到二氧化硅预制棒中，进行热拉伸，得到二氧化硅复合纤维半成品；

a2)将所述二氧化硅复合纤维半成品装入二氧化硅纤维管中，进行热拉伸，得到二氧化硅复合纤维。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，生长所述金属氧化物半导体层的方法包括气相沉积法、原子层沉积法、模板法、溶剂热法、固相反应法、溶胶-凝胶法、静电纺丝和微波辅助法中的一种或多种。

10.一种柔性衬底传感器，包括：柔性衬底和固定在所述柔性衬底上的若干个气体传感器；所述气体传感器为权利要求1～6任一项所述的金属氧化物半导体气体传感器或权利要求7～9任一项所述制备方法制得的金属氧化物半导体气体传感器。

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