CN116773651A - 声表面波气体传感器及其制备方法、气体报警器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种声表面波气体传感器及其制备方法，以及应用该声表面波气体传感器的气体报警器，该声表面波气体传感器基于金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物敏感膜与气体反应后的物理性质改变而对声表面波传播特性产生影响的原理，特异性地检测目标气体的浓度，不仅具有声表面波传感器的特点，即可在室温下工作、高灵敏度、抗干扰强、功耗小等优势，而且敏感膜具有金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料大比表面积、多活性位点、结构和组分可调以及可与多种目标气体进行特异性反应的优势，从而该声表面波气体传感器可实现对多种有毒易燃气体在室温工作环境下的高精度、高选择性、低检测下限、快速响应的稳定检测。

Description

声表面波气体传感器及其制备方法、气体报警器

技术领域

本申请涉及气体检测领域，尤其涉及一种声表面波气体传感器及其制备方法，以及应用该声表面波气体传感器的气体报警器。

背景技术

进入21世纪以来，随着全球人口的持续增长和经济的快速增长导致有害气体和物质的过量释放，人们对有毒气体污染、可燃气体泄漏等安全问题越来越关注和重视。当吸入空气中的剧毒气体（如H₂S、NH₃、SO₂、NO₂、CO等）会直接导致人死亡或引发一系列的疾病，例如，当硫化氢气体浓度大于100ppm时会对人的生命和健康产生不可逆转的伤害。因此，对可燃有毒气体的紧急报警，即使是微量的也十分必要，具有优异性能的气体报警器在可燃有毒气体报警方面拥有广泛的应用需求并展现出巨大的发展潜力。

气体报警器由气体传感器、监测报警控制系统、信号传输系统三部分组成，气体传感器的优劣直接决定了气体报警器的性能。气体传感器通常包括换能器和气敏材料两部分，它可将气敏材料与气体的相互作用转换为电学或光学信号等可检测的量。选择性、灵敏度、检测极限、稳定性、响应/恢复时间是评估气体传感器性能的主要参数，在实际应用中，气体传感器还需考虑能在室温下工作、低成本、低功耗、小型化和可集成性等关键应用需求。

目前常见的气体传感器主要包括半导体式、电化学式、催化燃烧式和红外式等，最常见的是金属氧化物半导体气体传感器，金属氧化物半导体气体传感器虽然成本低，但存在响应低、选择性差和工作温度过高等问题，无法满足实际应用的需求。

因此，提供一种可对多种有毒易燃气体实现在室温工作环境下的高精度、高选择性、低检测下限、快速响应的稳定检测的气体传感器非常必要。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种声表面波气体传感器及其制备方法，以及应用该声表面波气体传感器的气体报警器，以提供一种可对多种有毒易燃气体实现在室温工作环境下的高精度、高选择性、低检测下限、快速响应的稳定检测的气体传感器。

为实现上述目的，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种声表面波气体传感器，包括：

压电基片；

位于所述压电基片表面的输入叉指电极和输出叉指电极，所述输入叉指电极用于激发沿所述压电基片表面传播的声表面波，所述输出叉指电极用于接收所述输入叉指电极激发的沿所述压电基片表面传播的声表面波；

位于所述压电基片表面的声表面波传播区域的敏感膜，所述敏感膜包括金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料，当所述敏感膜和测试环境中目标气体发生反应后，所述敏感膜的物理性质发生改变。

可选的，所述输入叉指电极和所述输出叉指电极相对设置；所述声表面波气体传感器还包括第一反射栅结构和第二反射栅结构，所述第一反射栅结构位于所述输入叉指电极背离所述输出叉指电极一侧，所述第二反射栅结构位于所述输出叉指电极背离所述输入叉指电极一侧，所述第一反射栅结构和所述第二反射栅结构均用于反射声表面波；所述敏感膜位于所述第一反射栅结构和所述第二反射栅结构之间。

可选的，所述敏感膜位于所述输入叉指电极和所述输出叉指电极之间。

可选的，所述输入叉指电极和所述输出叉指电极为同一叉指电极，所述同一叉指电极的一侧设置有第一反射栅结构，另一侧设置有第二反射栅结构，所述第一反射栅结构和所述第二反射栅结构均用于反射声表面波；

所述敏感膜位于所述第一反射栅结构和所述第二反射栅结构之间。

可选的，所述敏感膜的厚度d满足：100nm≤d≤100μm；

所述敏感膜中，所述金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的粒径a满足：10nm≤a≤200nm。

一种声表面波气体传感器的制备方法，包括：

提供压电基片，并在所述压电基片表面制备输入叉指电极和输出叉指电极，所述输入叉指电极用于激发沿所述压电基片表面传播的声表面波，所述输出叉指电极用于接收所述输入叉指电极激发的沿所述压电基片表面传播的声表面波；

在所述压电基片表面的声表面波传播区域沉积敏感膜，所述敏感膜包括金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料，以当所述敏感膜和测试环境中目标气体发生反应后，所述敏感膜的物理性质发生改变。

可选的，在所述压电基片表面的声表面波传播区域沉积敏感膜包括：采用静电雾化法在所述压电基片表面的声表面波传播区域沉积敏感膜；

其中，采用静电雾化法在所述压电基片表面的声表面波传播区域沉积敏感膜具体包括：

在所述压电基片表面的声表面波传播区域预先沉积一层金属层；

利用注射器抽取预先制备的分散有金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的分散液，并将所述注射器的金属接头与高压电源的高压端连接，同时将所述压电基片表面的声表面波传播区域的所述金属层与所述高压电源的地端连接；

在所述高压电源的高压作用下，利用所述注射器将所述分散液定向喷洒在所述压电基片表面的声表面波传播区域的所述金属层上，待所述金属层上的分散液中的溶剂挥发后得到所述敏感膜。

可选的，在所述压电基片表面的声表面波传播区域沉积敏感膜包括：

采用喷雾法在所述压电基片表面的声表面波传播区域沉积敏感膜；

其中，采用喷雾法在所述压电基片表面的声表面波传播区域沉积敏感膜具体包括：

将所述压电基片放置在加热板上，并利用掩膜版遮挡所述压电基片表面的输入叉指电极和输出叉指电极，裸露所述压电基片表面预沉积敏感膜的区域；

利用喷枪将预先制备的分散有金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的分散液喷洒到所述压电基片表面预沉积敏感膜的区域，在所述加热板的作用下，喷洒到所述压电基片表面预沉积敏感膜的区域的分散液中的溶剂挥发，得到所述敏感膜。

可选的，所述分散液中，所述金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的制备过程包括：

制备金属有机框架（MOF）颗粒；

将制备得到的金属有机框架（MOF）颗粒放置在预设容器中，对所述预设容器以第一预设升温速率进行升温，升温至第一预设温度后，在所述第一预设温度保持第一预设时间，再对所述预设容器以第二预设升温速率进行升温，升温至第二预设温度后，在所述第二预设温度下保持第二预设时间，然后降温至室温，得到金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料。

一种气体报警器，包括控制系统和至少一个敏感传感器，所述敏感传感器为上述任一项所述的声表面波气体传感器，或者为上述任一项所述的方法制备得到的声表面波气体传感器；

所述控制系统用于向所述敏感传感器的输入叉指电极输入第一信号，并接收所述敏感传感器的输出叉指电极输出的第二信号，基于所述敏感传感器的输出叉指电极输出的第二信号监测测试环境中目标气体的浓度，以当测试环境中目标气体的浓度超过阈值时发出报警信息。

可选的，所述气体报警器还包括至少一个参考传感器，所述参考传感器和所述敏感传感器结构相同，但不包括敏感膜；

所述控制系统还用于向所述参考传感器的输入叉指电极输入所述第一信号，并接收所述参考传感器的输出叉指电极输出的第三信号；

所述控制系统基于所述敏感传感器的输出叉指电极输出的第二信号监测测试环境中目标气体的浓度包括：

所述控制系统基于所述敏感传感器的输出叉指电极输出的第二信号和所述参考传感器的输出叉指电极输出的第三信号监测测试环境中目标气体的浓度。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本申请实施例所提供的声表面波气体传感器，包括压电基片、位于压电基片表面的输入叉指电极和输出叉指电极，以及位于压电基片表面的声表面波传播区域的敏感膜，当敏感膜和测试环境中目标气体发生反应后，敏感膜的物理性质发生改变，敏感膜的物理性质改变会影响到声表面波的传播状态，反映在声表面波的速度和/或幅值的改变，从而引起输出叉指电极输出的电信号变化，进而可基于输出叉指电极输出的电信号检测环境中目标气体的浓度。

由于敏感膜包括金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料，使得该敏感膜相比于传统金属氧化物材料的敏感膜在相同厚度下质量更轻，对声表面波传播的损耗更小，且内部孔隙更丰富，从而显著提升敏感膜的吸附特性和电气性能，进而可大幅提升传感器的性能；并且，金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料继承了其母体—金属有机框架（MOF）材料的独特性能，使金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料在高响应、良好的选择性和快速的响应/恢复速度方面表现出优异的传感性能；另外，金属有机框架（MOF）金属氧化物材料种类很多，可实现对多种气体的特异性检测。

由此可见，本申请实施例所提供的声表面波气体传感器，不仅具有声表面波传感器的特点，即可在室温下工作、高灵敏度、抗干扰强、功耗小等优势，而且其敏感膜具有金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的优势：大比表面积、多活性位点、结构和组分可调以及可与多种目标气体进行特异性反应等优势，从而使得本申请实施例所提供的声表面波气体传感器可实现对多种有毒易燃气体在室温工作环境下的高精度、高选择性、低检测下限、快速响应的稳定检测。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种声表面波气体传感器的俯视示意图；

图2为本申请实施例所提供的另一种声表面波气体传感器的俯视示意图；

图3为本申请实施例所提供的又一种声表面波气体传感器的俯视示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种声表面波气体传感器的制备方法的流程示意图；

图5为本申请实施例所提供的一种声表面波气体传感器的制备方法中，采用静电雾化法在压电基片表面的声表面波传播区域沉积敏感膜的示意图；

图6a为采用静电雾化法制备的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物敏感膜表面的光学显微镜图片；

图6b为采用静电雾化法制备的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物敏感膜在声表面波传感器中引起的损耗（即敏感膜膜厚引起的衰减幅值）与敏感膜沉积时间的对应关系示意图；

图7为本申请实施例所提供的再一种声表面波气体传感器的俯视示意图；

图8为本申请实施例所提供的一种声表面波气体传感器的制备方法中，采用喷雾法在压电基片表面的声表面波传播区域沉积敏感膜的示意图；

图9a为采用溶剂热法合成的Cu掺杂ZIF-8颗粒的扫描电子显微镜图片；

图9b为在两步升温的煅烧工艺条件下，对图9a所示的Cu掺杂ZIF-8颗粒煅烧后形成的Cu/ZIF-8衍生CuO/ZnO材料的扫描电子显微镜图片；

图10为本申请实施例所提供的一种气体报警器的结构示意图；

图11为本申请实施例所提供的一种气体报警器的截面示意图；

图12为本申请实施例所提供的一种气体报警器中，控制系统的信号传输示意图；

图13为本申请实施例所提供的一种气体报警器中，控制系统的报警模块的结构示意图；

图14a为图10所示的气体报警器对20ppm的H₂S气体的响应曲线；

图14b为图10所示的气体报警器对N₂和H₂S的选择性测试结果。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

正如背景技术部分所述，提供一种可对多种有毒易燃气体在室温工作环境下进行高精度、高选择性、低检测下限、快速响应的稳定检测的气体传感器非常必要。

声表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）气体传感器是通过测定压电材料表面声波的变化来进行气体测量的传感器，由于它具有高灵敏度、低检测下限以及可在室温下稳定可靠工作等独特优势，近些年来受到研究者的广泛关注。

敏感膜是气体传感器的核心部分，其对气体的吸附效率和选择性是影响气体传感器性能的关键因素。不同于传统气体传感器中仅依靠敏感膜和被检测气体反应后的单一物理性质（如电阻或电容）来检测气体，在声表面波气体传感器中，敏感膜的任意物理性质（如质量、电导率、杨氏模量等）均会使传感器产生响应，从而使得声表面波气体传感器的灵敏度更高、响应更快。

目前常见的敏感膜材料主要有导电聚合物材料、量子点材料和金属氧化物半导体（MOS，Metal Oxide Semiconductors）材料等。其中，金属氧化物半导体（MOS）材料具有成本低、活性吸附位点丰富、电气性能优越等优点，在宽温度范围内具有高水平的化学可调性和结构稳定性，因而成为目前应用最广泛的气体传感材料。然而，基于单一MOS材料的气体传感器却存在响应低、选择性差和工作温度过高等问题。

为解决这个问题，有些研究者通过在MOS材料中掺杂贵金属或特定金属氧化物的方法来提升传感器性能。其中，贵金属修饰的MOS材料可通过电子敏化效应和化学敏化效应有效提升传感器的选择性、灵敏度和响应速度，然而贵金属纳米颗粒在空气中易被氧化，且在较高工作温度下容易团聚，从而影响器件的长期稳定性。

有鉴于此，本申请实施例提供了一种声表面波气体传感器，其敏感膜包括金属有机框架（Metal-Organic Frameworks，MOF）衍生金属氧化物材料。金属有机框架（MOF）是一种新兴的高孔隙率材料，具有超高的比表面积、规则可调的孔隙、超低质量密度以及对分子开放的金属位点，通过将金属有机框架（MOF）颗粒在高温下煅烧后形成金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料，使得金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料继承了其母体—金属有机框架（MOF）材料的独特性能，且金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料相比于传统的金属氧化物半导体（MOS）材料在微纳尺度上发生结构变化，由金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料制备的敏感膜相比于传统的金属氧化物半导体（MOS）材料制备的敏感膜在相同厚度下质量更轻，对声表面波损耗更小，且内部孔隙更丰富，活性位点多，可与多种目标气体进行特异性反应，从而显著提升敏感膜的吸附特性和电气性能，可使得传感器在高响应、良好的选择性和快速的响应/恢复速度方面表现出优异的传感性能，因此可大幅提升传感器的性能。

另外，目前已经实验室合成的金属有机框架（MOF）材料就已经有20000多种，而传统的金属氧化半导体（MOS）材料依托有限的90种金属元素，其种类非常有限，也就是说，金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料种类更多，可实现对多种气体的特异性检测。

由此可见，本申请实施例所提供的声表面波气体传感器，不仅具有声表面波传感器的特点，即可在室温下工作、高灵敏度、抗干扰强、功耗小等优势，而且其敏感膜具有金属有机框架（MOF）材料的优势，即敏感膜材料具有超大比表面积、超多活性位点以及种类很多等优势，可对多种气体进行特异性检测，从而使得本申请实施例所提供的声表面波气体传感器可实现对多种有毒易燃气体在室温工作环境下的高精度、高选择性、低检测下限、高响应的稳定检测。

图1示出了本申请实施例所提供的一种声表面波气体传感器的俯视示意图，如图1所示，该声表面波气体传感器包括：

压电基片10；

位于压电基片10表面的输入叉指电极20和输出叉指电极30，输入叉指电极20用于激发沿压电基片10表面传播的声表面波，即输入叉指电极20为发射端叉指电极，输出叉指电极30用于接收输入叉指电极20激发的沿压电基片10表面传播的声表面波，即输出叉指电极30为接收端叉指电极；

位于压电基片10表面的声表面波传播区域的敏感膜40，敏感膜40包括金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料，当敏感膜40和测试环境中目标气体发生反应后，敏感膜40的物理性质发生改变。

其中，输入叉指电极20和输出叉指电极30也叫叉指换能器，其作用是实现声电转换，叉指分布形式可以为均匀分布式或加权分布式。

具体工作时，在输入叉指电极20上施加高频交变电压信号，使输入叉指电极20通过逆压电效应激发沿压电基片10表面传播的声表面波，沿压电基片10表面传播的声表面波到达输出叉指电极30后，输出叉指电极30再通过正压电效应产生高频交变电压信号而输出。

在本申请实施例中，敏感膜40位于压电基片10表面的声表面波传播区域，那么，当敏感膜40和测试环境中的目标气体发生反应后，敏感膜40的物理性质（由质量负载效应、电导负载效应、弹性负载效应三者共同决定）会发生改变，由于敏感膜40位于压电基片10表面上，因此，敏感膜40的物理性质改变会影响到声表面波的传播状态，反映在声表面波的速度和/或幅值的改变，从而引起输出叉指电极30输出的电信号变化，进而可基于输出叉指电极30输出的电信号检测环境中目标气体的浓度。具体的，当敏感膜40和测试环境中的目标气体发生反应后，敏感膜40的物理性质表现为质量、电导率、杨氏模量等的改变。

实际应用中，每种敏感材料仅对一种气体有较大响应，可以实现对气体的特异性响应。由于敏感膜40覆盖在压电基片10表面，因此，仅需更换敏感膜40材料即可实现对不同气体的特异性检测。

需要说明的是，敏感膜40只要位于压电基片10表面的声表面波传播区域，以在敏感膜40和测试环境中目标气体发生反应使其自身物理性质改变后，能够改变声表面波速度和/或幅值即可，而对于不同种类的声表面波气体传感器，其压电基片10表面的声表面波传播区域有所不同，敏感膜40的位置也有所差异，下面分实施例进行具体说明。

可选的，在本申请的一个实施例中，声表面波气体传感器为延迟线式声表面波气体传感器，如图1所示，在该延迟线式声表面波气体传感器中，输入叉指电极20和输出叉指电极30相对设置，声表面波在输入叉指电极20和输出叉指电极30之间的压电基片表面区域传播，输入叉指电极20和输出叉指电极30之间的压电基片表面区域也称为延迟线区域，此时，敏感膜40可位于输入叉指电极20和输出叉指电极30之间的压电基片表面区域，也即位于延迟线区域。

可选的，在本申请的另一个实施例中，声表面波气体传感器为双端口谐振式声表面波气体传感器，如图2所示，在该双端口谐振式声表面波气体传感器中，输入叉指电极20和输出叉指电极30相对设置；并且，该双端口谐振式声表面波气体传感器还包括第一反射栅结构50和第二反射栅结构60，第一反射栅结构50位于输入叉指电极20背离输出叉指电极30一侧，第二反射栅结构60位于输出叉指电极30背离输入叉指电极20一侧，输入叉指电极20激发的声表面波会向其相对的两侧进行传播，且声表面波到达第一反射栅结构50后会被反射，同理，输出叉指电极30激发的声表面波也会向其相对的两侧进行传播，且声表面波到达第二反射栅结构60后也会被反射，即第一反射栅结构50和第二反射栅结构60均用于反射声表面波，声表面波在第一反射栅结构50和第二反射栅结构60之间谐振，故位于第一反射栅结构50和第二反射栅结构60之间的压电基片表面区域也称为谐振腔区域，此时，敏感膜40可位于第一反射栅结构50和第二反射栅结构60之间的压电基片表面区域，也即位于谐振腔区域。

可选的，在该双端口谐振式声表面波气体传感器中，敏感膜40也可以位于输入叉指电极20和输出叉指电极30之间的压电基片表面区域，此时，当敏感膜40和测试环境中目标气体发生反应使其自身物理性质改变后，能够更敏感地反映在声表面波的速度和/或幅值上，进而敏感地反映在输出叉指电极30输出的电信号上。

可选的，在本申请的又一个实施例中，声表面波气体传感器为单端口谐振式声表面波气体传感器，如图3所示，在该单端口谐振式声表面波气体传感器中，输入叉指电极20和输出叉指电极30为同一叉指电极，该同一叉指电极的一侧设置有第一反射栅结构50，另一侧设置有第二反射栅结构60，与双端口谐振式声表面波气体传感器类似，第一反射栅结构50和第二反射栅结构60均用于反射声表面波，声表面波在第一反射栅结构50和第二反射栅结构60谐振，故位于第一反射栅结构50和第二反射栅结构60之间的压电基片10表面区域也称为谐振腔区域，此时，敏感膜40可位于第一反射栅结构50和第二反射栅结构60之间的压电基片表面区域，也即位于谐振腔区域。

可选的，如图3所示，该同一叉指电极在压电基片10表面的正投影和敏感膜40在压电基片10表面的正投影相交叠。进一步可选的，该同一叉指电极在压电基片10表面的正投影位于敏感膜40在压电基片10表面的正投影内，此时，当敏感膜40和测试环境中目标气体发生反应使其自身物理性质改变后，能够更敏感地反映在声表面波的速度和/或幅值上，进而敏感地反映在输出叉指电极30输出的电信号上。

可选的，敏感膜40材料可以为金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料，金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料可以为一种或多种金属有机框架（MOF）颗粒在高温煅烧后碳化分解衍生的单一或复合金属氧化物，其中，金属有机框架（MOF）颗粒可以包含一种或多种金属元素。另一可选的，敏感膜40材料还可以由金属有机框架（MOF）金属氧化物材料与导电聚合物、碳基材料、贵金属等材料掺杂或改性得到。

发明人研究发现，传统的半导体式气体传感器主要采用测量金属氧化物半导体（MOS）材料的敏感膜的电阻变化来反映测试环境中目标气体的浓度变化，这对敏感膜的膜厚、成膜均匀度、表面质量以及制备工艺等没有严格要求。按照传统气体传感器中敏感膜的制备方法，如果直接将金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料制成糊状物涂覆在压电基片表面形成敏感涂层，会由于敏感涂层过于厚重而影响声表面波气体传感器的正常工作，因此，目前还未见到有将金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料作为声表面波气体传感器的气敏材料的报道。

发明人进一步研究发现，由于声表面波气体传感器是通过测定压电材料表面的声表面波变化来反映目标气体浓度的，而在声表面波气体传感器的声表面波传播区域，敏感膜物理性质极其细微的变化都会引起最终输出电信号的频率和/或相位变化；为了保证声表面波气体传感器正常起振以产生声表面波，敏感膜需要致密且轻薄；为了降低声表面波在传播过程中的损耗，敏感膜需均匀平整、表面粗糙度低。因此，对在声表面波气体传感器的声表面波传播区域设置的敏感膜的膜厚、均匀性、致密度和表面质量等均有较为严格的要求。目前还未见到有研究如何制备合适的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物敏感膜以满足声表面波气体传感器的工作需求的报道。

由于金属有机框架（MOF）材料具有高孔隙率、超低质量密度等特点，因此，由金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料制备的敏感膜相比于传统的金属氧化物半导体（MOS）材料制备的敏感膜在相同厚度下质量更轻，即更加轻薄。

要想使得敏感膜更加轻薄，可选的，在本申请的一个实施例中，敏感膜的厚度d满足：100nm≤d≤100μm，如果敏感膜厚度d过大，会增加声表面波传播过程中的损耗，若敏感膜的厚度d在100nm~100μm范围内，则能够在不影响声表面波的传播的情况下对目标气体进行高灵敏度检测。为保证声表面波气体传感器正常起振工作，随着金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的相对分子质量的增大，敏感膜厚度的上限将降低(<100μm)。而随着金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的相对分子质量的减小，敏感膜厚度的上限可以提高(>100μm)。

要想保证敏感膜的制膜效果，使其轻薄、致密、平整且粗糙度低，敏感膜材料的颗粒粒径应远小于敏感膜厚度。可选的，在本申请的一个实施例中，在敏感膜中，金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的粒径a满足：10nm≤a≤200nm。而现有的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的颗粒直径大多在几微米~几百微米范围，无法直接用作声表面波气体传感器的敏感材料。为此，发明人研究制备出粒径小、相对分子质量小的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料，并基于粒径小、相对分子质量小的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料制备敏感膜，以适用于声表面波气体传感器，具体的制备过程在后续本申请实施例所提供的声表面波气体传感器的制备方法中进行说明。

本申请实施例还提供了一种声表面波气体传感器的制备方法，如图4所示，该制备方法包括：

S100：如图1-图3所示，提供压电基片10，并在压电基片10表面制备输入叉指电极20和输出叉指电极30，输入叉指电极20用于激发沿压电基片表面传播的声表面波，输出叉指电极30用于接收输入叉指电极激发的沿压电基片表面传播的声表面波。

具体的，提供ST切石英压电基片10，并在压电基片10表面采用半导体平面工艺制备输入叉指电极20和输出叉指电极30，叉指电极可以为均匀叉指，指宽和指间距均可以为7μm，输入叉指可以为111对，输出叉指可以为74对，叉指长度可以为2800μm，延迟线长度可以为5600μm，电极厚度可以为10nmCr/100nmAu。

其中，叉指电极的制备工艺可以为：

1、基片清洗：将ST石英压电基片放在丙酮、异丙醇和无水乙醇溶液中各超声清洗5min；

2、光刻：采用负性光刻胶AZ 2035，利用光刻掩膜版在压电基片表面光刻得到厚度为2.31μm、具有倒梯形截面的输入和输出叉指状光刻胶图案。

3、溅射镀膜：采用磁控溅射方法，在基片上溅射沉积10nm的Cr和100nm的Au层。

4、剥离（lift off）：将光刻和溅射镀膜后的基片放入剥离液中超声振洗，去掉光刻胶和沉积于光刻胶图案上的金属层，得到紧贴于压电基片表面的叉指状金属层，从而剥离得到输入和输出叉指电极。

S200：在压电基片10表面的声表面波传播区域沉积敏感膜40，敏感膜40包括金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料，以当敏感膜40和测试环境中目标气体发生反应后，敏感膜40的物理性质发生改变。

由前述已知，当声表面波气体传感器为延迟线式声表面波气体传感器时，如图1所示，可以在输入叉指电极20和输出叉指电极30之间的延迟线区域沉积敏感膜40。当声表面波气体传感器为双端口或单端口谐振式声表面波气体传感器时，如图2和图3所示，声表面波气体传感器还包括相对设置的第一反射栅结构50和第二反射栅结构60，输入叉指电极20及输出叉指电极30位于第一反射栅结构50和第二反射栅结构60之间，且声表面波在第一反射栅结构50和第二反射栅结构60之间来回反射构成谐振，第一反射栅结构50和第二反射栅结构60之间为谐振腔区域，此时，可以在第一反射栅结构50和第二反射栅结构60之间的谐振腔区域沉积敏感膜40。

下面以声表面波气体传感器为延迟线式声表面波气体传感器为例，对如何形成轻薄、致密、平整、粗糙度低的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物敏感膜进行说明，此时，在输入叉指电极20和输出叉指电极30之间的延迟线区域沉积敏感膜40。

可选的，在本申请的一个实施例中，在压电基片10表面的声表面波传播区域沉积敏感膜40包括：

S210：采用静电雾化法在压电基片10表面的声表面波传播区域沉积敏感膜40。

图5示出了本申请实施例所提供的一种声表面波气体传感器的制备方法中，采用静电雾化法在压电基片10表面的声表面波传播区域沉积敏感膜40的示意图，如图5所示，采用静电雾化法在压电基片10表面的声表面波传播区域沉积敏感膜40具体包括：

S211：在压电基片10表面的声表面波传播区域预先沉积一层金属层11。

需要说明的是，金属层11所在区域可以包围待沉积敏感膜40的区域，金属层11可以为单一金属层，也可以为复合金属层，只要沉积的金属层11的材料及其厚度不影响器件性能即可，可选的，金属层11为Cr金属层，具体的，可在压电基片10表面待沉积敏感膜40的区域预先溅射沉积一层50nm的Cr金属层。

S212：利用注射器12抽取预先制备的分散有金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的分散液01，并将注射器12的金属接头13与高压电源14的高压端（图5中正极一端）连接，同时将压电基片10表面的声表面波传播区域的金属层11与高压电源14的地端连接。

具体的，注射器12的金属接头13与高压电源14的高压端（图5中正极一端）通过第一连接线15连接，同时将压电基片10表面的声表面波传播区域的金属层11与高压电源14的地端通过第二连接线16连接。

S213：在高压电源14的高压作用下，利用注射器12将分散液01定向喷洒在压电基片10表面的声表面波传播区域的金属层11上，待金属层11上的分散液01中的溶剂挥发后得到敏感膜40。

可以理解的是，将金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料超声分散于预设的低沸点、低表面张力、低密度的易挥发有机溶剂中，即可得到分散有金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的分散液01，具体的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的制备过程后续进行详细说明。

还可以理解的是，由于注射器12的金属接头13与高压电源14的高压端（图5中正极一端）连接，同时压电基片10表面的声表面波传播区域的金属层11与高压电源14的地端连接，因此，从注射器12流出的液体可在静电场作用下形成稳定的泰勒锥射流现象，从而分散液01将被静电场力定向喷洒拖曳并雾化沉积在压电基片10表面的声表面波传播区域的金属层11上，待金属层11上的分散液01中的溶剂挥发后得到敏感膜40，即在金属层11上定向图案化沉积形成敏感膜40，且该敏感膜40可轻薄、致密、平整且粗糙度低。

可选的，高压电源14的高压端电压可以为8kV。

可选的，注射器12的金属接头13与压电基片10的表面的垂直距离可以为5cm。

可选的，注射器12的注射速率可以为0.25ml/h-0.75 ml/h。

图6a示出了采用静电雾化法制备的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物敏感膜表面的光学显微镜图片，可以看到，采用静电雾化法制备的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物敏感膜表面显示出很好的均匀程度，表面平整、粗糙度低。

图6b示出了采用静电雾化法制备的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物敏感膜在声表面波传感器中引起的传播损耗（即敏感膜膜厚引起的衰减幅值）与敏感膜沉积时间的对应关系示意图，其中，敏感膜膜厚引起的衰减幅值类比于敏感膜厚度，可以看到，采用静电雾化法制备的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物敏感膜的厚度与敏感膜沉积时间整体近似成线性关系，尤其是在较短的沉积时间内。由于敏感膜的厚度较薄，因此，可通过控制静电雾化法沉积敏感膜的沉积时间来控制敏感膜的厚度，从而形成轻薄的敏感膜。

需要说明的是，采用静电雾化法制备金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物敏感膜时，由于预先在压电基片10表面的声表面波传播区域沉积了一层金属层11，因此，最终形成的声表面波气体传感器如图7所示，在敏感膜40和压电基片10表面之间还具有一层金属层11，但该金属层11并不影响声表面波气体传感器的性能。

可选的，在本申请的另一个实施例中，在压电基片10表面的声表面波传播区域沉积敏感膜40包括：

S220：采用喷雾法在压电基片10表面的声表面波传播区域沉积敏感膜40。

图8示出了本申请实施例所提供的一种声表面波气体传感器的制备方法中，采用喷雾法在压电基片10表面的声表面波传播区域沉积敏感膜40的示意图，如图8所示，采用喷雾法在压电基片10表面的声表面波传播区域沉积敏感膜40具体包括：

S221：将压电基片10放置在加热板21上，并利用掩膜版22遮挡压电基片10表面的输入叉指电极20和输出叉指电极30，裸露压电基片10表面预沉积敏感膜40的区域。

S222：利用喷枪23将预先制备的分散有金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的分散液01喷洒到压电基片10表面预沉积敏感膜40的区域，在加热板21的作用下，喷洒到压电基片10表面预沉积敏感膜40的区域的分散液01中的溶剂挥发，得到敏感膜40。

可以理解的是，将金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料超声分散于预设的低沸点、低表面张力、低密度的易挥发有机溶剂中，即可得到分散有金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的分散液01，具体的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的制备过程后续进行详细说明。

可选的，喷枪23可以是固定式，也可以是移动式。

可选的，加热板21的温度可以设置在100℃-150℃范围内，包括端点值。

具体的，采用固定式或移动式的喷枪23向压电基片10表面预沉积敏感膜40的区域间歇式地喷洒分散有金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的分散液01，调节喷枪23的气压可将分散液雾化成极细的液滴，喷枪23的喷头距离掩模版22的垂直距离可以在8cm-12cm之间，由于加热板21温度较高，使得喷洒到压电基片10表面预沉积敏感膜40的区域的分散液01中的易挥发有机溶剂挥发，留下金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物颗粒，形成敏感膜40，改变喷枪23的喷射持续时间可以得到不同厚度的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物敏感膜，制备得到的敏感膜厚度可以为50μm~100μm。

在前述实施例中，均利用了分散有金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的分散液01来制备敏感膜，而由前述已知，现有的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的颗粒直径一般在几微米~几百微米，无法直接作为声表面波气体传感器的敏感膜材料，因此，本申请还提供了上述分散液中金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的制备方法，以制备得到颗粒直径在几十~几百纳米的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料。具体的，上述分散液中金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的制备过程包括：

S1：制备金属有机框架（MOF）颗粒。

具体的，可以采用溶剂热法将金属离子和有机配体按照一定比例进行混合，然后对混合液进行离心、洗涤和干燥，得到密度低、粒径小、相对分子质量小的金属有机框架（MOF）颗粒。

以金属有机框架（MOF）颗粒为Cu掺杂ZIF-8颗粒为例，ZIF-8为沸石咪唑酯骨架材料（Zeolitic Imidazolate Framework-8），是由锌离子与2-甲基咪唑配位自组装成的多孔结晶材料。采用溶剂热法合成Cu掺杂ZIF-8颗粒的具体过程为：

将适量的水合硝酸铜、水合硝酸锌与2-甲基咪唑以1：10的摩尔比分别溶解在适量甲醇溶液中，将二者混合1~2小时后4000rpm离心15min-20min，使用甲醇重复洗涤2次并真空干燥，得到Cu掺杂的ZIF-8颗粒，其粒径可控制在100nm左右。

需要说明的是，此处选用2-甲基咪唑作为有机配体，是因为2-甲基咪唑的相对分子质量较小，而要想后续得到的Cu/ZIF-8衍生CuO/ZnO材料粒径小、相对分子质量小，在制备金属有机框架（MOF）颗粒时，优选相对分子质量较小的有机配体，如相对分子质量<100的有机配体。

图9a示出了采用溶剂热法合成的Cu掺杂ZIF-8颗粒的扫描电子显微镜图片，可以看到，溶剂热法合成的Cu掺杂ZIF-8具有清晰的十二面体结构，颗粒分散性良好，边缘清晰，平均粒径在100nm左右，相比在其它传感器中应用的ZIF-8材料粒径更小。

S2：将制备得到的金属有机框架（MOF）颗粒放置在预设容器中，对预设容器以第一预设升温速率进行升温，升温至第一预设温度后，在第一预设温度保持第一预设时间，再对预设容器以第二预设升温速率进行升温，升温至第二预设温度后，在第二预设温度保持第二预设时间，然后降温至室温得到金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料。

还以金属有机框架（MOF）颗粒为Cu掺杂ZIF-8颗粒为例，在前述步骤得到的干燥后的Cu掺杂ZIF-8颗粒放置马弗炉中，以1℃/min的升温速率升温至300℃保持2h，再以1℃/min的升温速率升温至450℃保持3h，然后降温至室温，得到氧化物转换完全且分散性较好的Cu/ZIF-8衍生的CuO/ZnO材料。

需要说明的是，发明人研究发现，如果对金属有机框架（MOF）颗粒的煅烧温度过高或升温速率过快，可能会引起产物团聚，不利于后续金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物敏感膜的制备，因此，在步骤S2中，通过分步升温的方法制备得到氧化物转换完全且分散性较好的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料。

发明人还发现，如果制得的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的尺寸较大(>1μm)和相对分子质量较大，将无法在有机溶剂中超声分散形成稳定的纳米颗粒分散液且很快沉降，也将无法使用喷雾法和静电雾化均匀沉积。因此粒径小、相对分子质量小、密度小的金属有机框架（MOF）衍生氧化物材料可以实现制备均匀稳定且不易沉降的纳米颗粒分散液，进而有利于实现制备轻薄、致密、平整且粗糙度低的敏感膜。

图9b示出了在优化的两步升温的煅烧工艺条件下，对图9a所示的Cu掺杂ZIF-8颗粒煅烧后形成的Cu/ZIF-8衍生CuO/ZnO材料的扫描电子显微镜图片，可以看到，煅烧后的Cu/ZIF-8衍生CuO/ZnO纳米材料的颗粒边缘由锋利变得圆钝，平均粒径由煅烧前的约100nm缩减到20-30nm，更小的颗粒粒径有利于后续制备满足要求的敏感膜以及提升声表面波气体传感器的性能。

由此可见，本申请实施例所提供的声表面波气体传感器的制备方法，通过采用相对分子质量较小的有机配体，制备得到低密度、粒径小、相对分子质量小的金属有机框架（MOF）颗粒，然后对金属有机框架（MOF）颗粒进行分步升温的方式进行煅烧，得到粒径更小、相对分子质量小、氧化物转换完全且分散性好的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料，通过超声分散至易挥发有机溶剂中形成分散良好的纳米颗粒分散液，继而，采用静电雾化法或喷雾法制备得到轻薄、致密、平整，且粗糙度低的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物敏感膜，以作为声表面波气体传感器中的敏感膜使用，对声表面波气体传感器造成的损耗更小，且由于敏感膜材料粒径更小，内部孔隙更丰富，极大地提升了比表面积，进而提升其气体吸附性能和反应效率，从而更有利于声表面波气体传感器的高性能工作。

总结来说，本申请实施例所提供的声表面波气体传感器相比于现有气体传感器具有以下优点：

（1）首次将金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料作为声表面波气体传感器的气敏材料，使声表面波气体传感器不仅具有声表面波传感器可在室温下工作、高灵敏度、抗干扰强、功耗小的特点，而且具有金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料具有超大比表面积、超多活性位点、结构和组分可调以及可与多种目标气体进行特异性反应的优势，从而实现可对多种有毒易燃气体在室温工作环境下的高精度、高选择性、低检测下限、快速响应的稳定检测。

（2）由于声表面波气体传感器的声表面波传播能量集中在压电基片表面，损耗低，因而其驱动功率为μW量级，并且，声表面波气体传感器不需要半导体气体传感器那样在高温条件下工作，在常温下即可工作，因此能耗极低。

（3）本申请所提供的声表面波气体传感器尺寸可缩小到mm级别，且尺寸随中心频率的提升而减小，和半导体集成电路兼容性强，具有很好的可集成性。

（4）由于声表面波气体传感器采用半导体平面工艺制作，不仅精度高，且具有很好的一致性和可重复性，并且，本申请所提供的制备金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物敏感膜的制备工艺简单且具有批量化生产的优势，因此，本申请所提供的声表面波气体传感器可批量化加工，综合成本低。

（5）在本申请所提供的声表面波气体传感器的制备方法中，制备得到的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物敏感膜相较传统半导体金属氧化物敏感膜，在相同厚度下质量更小，对声表面波气体传感器造成的传播损耗更小，更有利于声表面波气体传感器的高性能工作。

（6）在本申请所提供的声表面波气体传感器的制备方法中，通过采用相对分子质量较小的有机配体，制备得到低密度、粒径小、相对分子质量小的金属有机框架（MOF）颗粒，然后对金属有机框架（MOF）颗粒进行分步升温的方式进行煅烧，得到粒径小、相对分子质量小、氧化物转换完全且分散性好的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料，继而，采用静电雾化法或喷雾法制备得到轻薄、致密、平整，且粗糙度低的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物敏感膜，且敏感膜的厚度定量可控。

（7）在本申请所提供的声表面波气体传感器的制备方法中，利用所述方法制备的金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物制备的分散液相比市面上售卖的纳米氧化锌材料，分散性更好，放置几周仍不沉降，且未添加任何表面活性剂。而市售纳米氧化锌做成的分散液在数小时内即沉降。说明通过上述分段升温热处理步骤制备的材料团聚程度低。

由此可见，本申请实施例所提供的声表面波气体传感器，可实现对多种有毒易燃气体在室温工作环境下的高精度、高选择性、低检测下限、快速响应的稳定检测，且具有体积小、功耗低、成本低、易集成等优点，在环境、医疗、工农业生产以及民生安全等各方面有广泛的应用前景。

本申请实施例还提供了一种气体报警器，图10示出了本申请实施例所提供的一种气体报警器的结构示意图，图11示出了本申请实施例所提供的一种气体报警器的截面示意图，结合图10和图11所示，该气体报警器包括控制系统200和至少一个敏感传感器100，敏感传感器100即为上述任一实施例所提供的声表面波气体传感器；

控制系统200用于向敏感传感器100的输入叉指电极20输入第一信号，并接收敏感传感器100的输出叉指电极30输出的第二信号，基于敏感传感器100的输出叉指电极30输出的第二信号监测测试环境中目标气体的浓度，以当测试环境中目标气体的浓度超过阈值时发出报警信息。

需要说明的是，图10是以敏感传感器100为延迟线式声表面波气体传感器为例进行展示，可以理解的是，敏感传感器100也可以为单端口或双端口的谐振式声表面波气体传感器。

如图10所示，敏感传感器100中，压电基片10的两端通常还设置有吸声胶70，结合图11所示，敏感传感器100的压电基片10通过软橡胶110与控制系统200的PCB板201紧密粘接，且敏感传感器100的输入叉指电极20及输出叉指电极30与PCB板201上的焊盘202电连接。

需要说明的是，气体报警器中可以仅设置一个敏感传感器100，也可以设置多个敏感传感器100，如多个敏感传感器100阵列排布，以对多种气体同时检测。也可以在同一个传感器上布置多个金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物敏感膜。

可选的，如图10所示，气体报警器还可以包括至少一个参考传感器300，参考传感器300和敏感传感器100结构相同，但不包括敏感膜40。为了标注区分，如图10所示，参考传感器300包括压电基片101、输入叉指电极201和输出叉指电极301，但在压电基片10表面的声表面波传输区域不设置敏感膜40，参考传感器300的压电基片101的两端也设置有吸声胶701。

此时，控制系统200还用于向参考传感器300的输入叉指电极201输入第一信号，并接收参考传感器300的输出叉指电极301输出的第三信号；

控制系统200基于敏感传感器100的输出叉指电极30输出的第二信号监测测试环境中目标气体的浓度包括：

控制系统200基于敏感传感器100的输出叉指电极30输出的第二信号和参考传感器300的输出叉指电极301输出的第三信号监测测试环境中目标气体的浓度。

需要说明的是，参考传感器300的压电基片101表面没有设置敏感膜，因此，参考传感器300不会受到检测环境中目标气体分子的影响，但会受到检测环境中气氛的密度、温度以及湿度的影响，即环境因素的影响，同时，敏感传感器100也会受到这些环境因素的影响，由此，可以对敏感传感器100和参考传感器300输出的信号进行混频差分和平滑处理后，基于差分信号标定检测环境中目标气体的浓度，如此，可以排除检测环境中气氛密度、温度以及湿度等环境因素的影响，使报警器检测精度更高。

还需要说明的是，可以一个敏感传感器100对应配置一个参考传感器300，如图10所示，一个敏感传感器100对应配置一个参考传感器300，构成双通道报警器，当然，也可以多个敏感传感器100共同配置一个参考传感器300，具体视情况而定。

可选的，如图10所示，控制系统200包括射频产生模块210、信号处理模块220、频率计数模块230、报警模块240、无线传输模块250以及供电模块260，图12进一步示出了控制系统200的信号传输示意图，结合图10和图12所示，射频产生模块210包括频率源211和功分器212，频率源211可以持续地发射特定频率的射频信号，经功分器212功分后分为两个相同的射频信号，分别输入敏感传感器100和参考传感器300中，敏感传感器100接受射频信号后会激发声表面波，位于声表面波传播区域的敏感膜40与环境中目标气体分子接触发生吸附和化学反应，导致敏感膜40的物理性质发生改变，影响声表面波的传播状态，进而影响敏感传感器100输出的电信号f1；同时，没有敏感膜的参考传感器300不会受到环境中目标气体分子的影响，但会受到环境中气氛的密度、温度以及湿度的影响，环境因素也会影响参考传感器300输出的电信号f2。

进而，敏感传感器100输出的电信号f1和参考传感器300输出的电信号f2输入信号处理模块220中，信号处理模块220包括模数转换器221、混频器222和滤波器223，电信号f1和f2经过模数转换器221后转换为数字信号，再通过混频器222后得到f2-f1、f2+f1、-f2-f1、f1-f2分量，再通过滤波器223后得到f2-f1差分信号。

频率计数模块230用于计数f2-f1分量得到两个传感器最终因有毒可燃气体而产生的频率偏移量，通过标定得到不同频率偏移量对应的气体浓度。当目标气体浓度变化量大于设定浓度报警阈值时将通过报警模块240进行报警提示。通过无线传输模块250例如蓝牙模块实现远程的数据传送及浓度超标提醒。供电模块260则为上述各模块进行供电。

可选的，如图13所示，报警模块240可以包括光报警单元241和声报警单元242，其中，声报警单元242可以为贴片喇叭，光报警单元241可以包括LED灯。

如图10所示，气体报警器还包括转接头400和封装外壳500，其中，封装外壳500用于保护声表面传感器结构不受损害和屏蔽外界干扰，转接头400可以和网络分析仪连接以对气体报警器进行气体测试分析。

以图10所示的气体报警器对测试环境中H₂S气体进行检测为例，图14a示出了图10所示的气体报警器对20ppm的H₂S气体的响应曲线，结果显示，基于金属有机框架（MOF）金属氧化物材料的声表面波气体报警器具有室温下、快速、稳定的选择性检测，基线噪音±17Hz，工作温度为20℃，响应幅值>4000Hz、可检出响应时间<30s。图14b示出了图10所示的气体报警器对N₂和H₂S的选择性测试结果，结果显示对50000ppm的N₂无响应而对5ppm的H₂S具有强响应。

本说明书中各个部分采用并列和递进相结合的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种声表面波气体传感器，其特征在于，包括：

压电基片；

位于所述压电基片表面的输入叉指电极和输出叉指电极，所述输入叉指电极用于激发沿所述压电基片表面传播的声表面波，所述输出叉指电极用于接收所述输入叉指电极激发的沿所述压电基片表面传播的声表面波；

位于所述压电基片表面的声表面波传播区域的敏感膜，所述敏感膜包括金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料，当所述敏感膜和测试环境中目标气体发生反应后，所述敏感膜的物理性质发生改变。

2.根据权利要求1所述的声表面波气体传感器，其特征在于，所述输入叉指电极和所述输出叉指电极相对设置；所述声表面波气体传感器还包括第一反射栅结构和第二反射栅结构，所述第一反射栅结构位于所述输入叉指电极背离所述输出叉指电极一侧，所述第二反射栅结构位于所述输出叉指电极背离所述输入叉指电极一侧，所述第一反射栅结构和所述第二反射栅结构均用于反射声表面波；所述敏感膜位于所述第一反射栅结构和所述第二反射栅结构之间。

3.根据权利要求1或2所述的声表面波气体传感器，其特征在于，所述敏感膜位于所述输入叉指电极和所述输出叉指电极之间。

4.根据权利要求1所述的声表面波气体传感器，其特征在于，所述输入叉指电极和所述输出叉指电极为同一叉指电极，所述同一叉指电极的一侧设置有第一反射栅结构，另一侧设置有第二反射栅结构，所述第一反射栅结构和所述第二反射栅结构均用于反射声表面波；

所述敏感膜位于所述第一反射栅结构和所述第二反射栅结构之间。

5.根据权利要求1所述的声表面波气体传感器，其特征在于，所述敏感膜的厚度d满足：100nm≤d≤100μm；

所述敏感膜中，所述金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的粒径a满足：10nm≤a≤200nm。

6.一种声表面波气体传感器的制备方法，其特征在于，包括：

提供压电基片，并在所述压电基片表面制备输入叉指电极和输出叉指电极，所述输入叉指电极用于激发沿所述压电基片表面传播的声表面波，所述输出叉指电极用于接收所述输入叉指电极激发的沿所述压电基片表面传播的声表面波；

在所述压电基片表面的声表面波传播区域沉积敏感膜，所述敏感膜包括金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料，以当所述敏感膜和测试环境中目标气体发生反应后，所述敏感膜的物理性质发生改变。

7.根据权利要求6所述的声表面波气体传感器的制备方法，其特征在于，在所述压电基片表面的声表面波传播区域沉积敏感膜包括：采用静电雾化法在所述压电基片表面的声表面波传播区域沉积敏感膜；

其中，采用静电雾化法在所述压电基片表面的声表面波传播区域沉积敏感膜具体包括：

在所述压电基片表面的声表面波传播区域预先沉积一层金属层；

利用注射器抽取预先制备的分散有金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的分散液，并将所述注射器的金属接头与高压电源的高压端连接，同时将所述压电基片表面的声表面波传播区域的所述金属层与所述高压电源的地端连接；

在所述高压电源的高压作用下，利用所述注射器将所述分散液定向喷洒在所述压电基片表面的声表面波传播区域的所述金属层上，待所述金属层上的分散液中的溶剂挥发后得到所述敏感膜。

8.根据权利要求6所述的声表面波气体传感器的制备方法，其特征在于，在所述压电基片表面的声表面波传播区域沉积敏感膜包括：

采用喷雾法在所述压电基片表面的声表面波传播区域沉积敏感膜；

其中，采用喷雾法在所述压电基片表面的声表面波传播区域沉积敏感膜具体包括：

将所述压电基片放置在加热板上，并利用掩膜版遮挡所述压电基片表面的输入叉指电极和输出叉指电极，裸露所述压电基片表面预沉积敏感膜的区域；

利用喷枪将预先制备的分散有金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的分散液喷洒到所述压电基片表面预沉积敏感膜的区域，在所述加热板的作用下，喷洒到所述压电基片表面预沉积敏感膜的区域的分散液中的溶剂挥发，得到所述敏感膜。

9.根据权利要求7或8所述的声表面波气体传感器的制备方法，其特征在于，所述分散液中，所述金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料的制备过程包括：

制备金属有机框架（MOF）颗粒；

将制备得到的金属有机框架（MOF）颗粒放置在预设容器中，对所述预设容器以第一预设升温速率进行升温，升温至第一预设温度后，在所述第一预设温度保持第一预设时间，再对所述预设容器以第二预设升温速率进行升温，升温至第二预设温度后，在所述第二预设温度下保持第二预设时间，然后降温至室温，得到金属有机框架（MOF）衍生金属氧化物材料。

10.一种气体报警器，其特征在于，包括控制系统和至少一个敏感传感器，所述敏感传感器为权利要求1-5任一项所述的声表面波气体传感器，或者为权利要求6-9任一项所述的方法制备得到的声表面波气体传感器；

所述控制系统用于向所述敏感传感器的输入叉指电极输入第一信号，并接收所述敏感传感器的输出叉指电极输出的第二信号，基于所述敏感传感器的输出叉指电极输出的第二信号监测测试环境中目标气体的浓度，以当测试环境中目标气体的浓度超过阈值时发出报警信息。

11.根据权利要求10所述的气体报警器，其特征在于，所述气体报警器还包括至少一个参考传感器，所述参考传感器和所述敏感传感器结构相同，但不包括敏感膜；

所述控制系统还用于向所述参考传感器的输入叉指电极输入所述第一信号，并接收所述参考传感器的输出叉指电极输出的第三信号；

所述控制系统基于所述敏感传感器的输出叉指电极输出的第二信号监测测试环境中目标气体的浓度包括：

所述控制系统基于所述敏感传感器的输出叉指电极输出的第二信号和所述参考传感器的输出叉指电极输出的第三信号监测测试环境中目标气体的浓度。