CN1327202C - 基于无序多壁碳纳米管－金属异质结的温度传感器 - Google Patents

基于无序多壁碳纳米管－金属异质结的温度传感器 Download PDF

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Abstract

基于无序多壁碳纳米管-金属异质结的温度传感器，涉及一种基于无序多壁碳纳米管-金属异质结的温度传感器及其制作方法。该温度传感器包括绝缘绝热管，填充在绝缘绝热管内的多壁碳纳米管粉末柱，设置在多壁碳纳米管粉末柱一端且与碳纳米管粉末柱紧密接触形成碳纳米管-金属异质结的金属温度探头以及封压在碳纳米管粉末柱另一端的导电金属块。工作时，先把电极和外电路测量仪表相连接，然后将金属温度探头与被测物体相接触，这样，由于碳纳米管-金属异质结的存在，电路中会产生随温度变化的热致电流。该温度传感器不仅结构简单，制作方便，成本低廉，而且可测量温度范围宽，在大范围内均能保证同样的测量精度，对温度的响应时间快。

Description

基于无序多壁碳纳米管—金属异质结的温度传感器
技术领域
本发明涉及一种温度传感器，特别涉及基于无序碳纳米管—金属异质结的温度传感器的设计。
背景技术
温度传感器至今已普遍应用于生活和科研的各个领域。有二极管温度传感器、热电偶温度传感器、线式温度传感器、布拉格光栅温度传感器等，其构成和原理可谓是多种多样，但在其结构和使用方面都存在各自的局限性。碳纳米管自其诞生以来，一直为人们所关注。燎原般地渗透到科研和生活的各个领域，合成制备碳纳米管的成熟技术也多有报道。例如文献[Zhang XF，Cao AY，Wei BQ，Li YH，Wei JQ，Xu CL，and Wu DH，CHEMICAL PHYSICS LETTERS2002，362：285-290]，[Ci LJ，Wei JQ，Wei BQ，Liang J，Xu CL，and Wu DH，CARBON 2001，39(3)：329-335]，[Wei JQ，Ci LJ，Jiang B，Li YH，Zhang XF，Zhu HW，Xu CL，and WuDH，JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY 2003，13(6)：1340-1344]，[Yu Hao，Zhang Qunfeng，Wei Fei，Qian Weizhong，Luo Guohua，Carbon 41(2003)2855-2863]和[中国发明专利，公开号：1456498]中均有相关的报道。文献资料表明，碳纳米管具有特殊的能级结构和优异的电学性质，但是，如何利用碳纳米管的优异的性能研究开发一种结构简单，性能更加优良且具有广阔应用前景的温度传感器件则是非常值得研究的课题。
发明内容
本发明的目的是充分利用纳米材料所具有的特殊的能级结构和优异的电学性质，开发研制一种相对于现有技术具有结构简单，易于制造，测量范围宽且具有较高测量精度的无序多壁碳纳米管—金属异质结的温度传感器。
本发明的技术方案如下：一种基于无序多壁碳纳米管—金属异质结的温度传感器，其特征在于：该温度传感器包括绝缘绝热管，填充在绝缘绝热管内的多壁碳纳米管粉末柱，设置在多壁碳纳米管粉末柱一端且与碳纳米管粉末柱紧密接触形成碳纳米管—金属异质结的金属温度探头以及封压在碳纳米管粉末柱另一端的导电金属块，并在金属温度探头和导电金属块处分别引出电极。
本发明所述的绝缘绝热管采用抽成真空的双壁玻璃套管。
本发明相对于现有技术，具有以下优点及突出性效果：该温度传感器不仅结构简单，制作方便，成本低廉，而且可测量温度范围宽，在大范围内均能保证同样的测量精度；对温度的响应时间快。利用基于多壁碳纳米管—金属异质结的温度传感器，可以通过测量电学量的大小监测温度值；反之，也可以通过对电学量的监测反馈，从而达到控制温度的目的。因此，该温度传感器具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明所用多壁碳纳米管粉末的扫描电子显微镜图像。
图2为本发明温度传感器实施例的结构示意图。
其中，1为用以将碳纳米管粉末封压在玻璃管中的金属块，2为多壁碳纳米管粉末柱，3为金属温度探头，4为抽成真空的双壁玻璃套管。
图3为该传感器对温度的响应曲线。
图4为本发明温度传感器在测量温度为260℃时的电流变化对时间的响应曲线。
具体实施方式
图2为本发明温度传感器的结构示意图。该温度传感器包括绝缘绝热管4，填充在绝缘绝热管内的多壁碳纳米管粉末柱2，设置在多壁碳纳米管粉末柱一端且与碳纳米管柱紧密接触形成碳纳米管—金属异质结的金属温度探头3以及封压在碳纳米管柱另一端的导电金属块1，并在金属温度探头和导电金属块处分别引出电极。金属温度探头和导电金属块可以是由铜、银、铝等金属制成。该传感器的制作方法是将多壁碳纳米管粉末装入绝缘绝热管内压实形成碳纳米管粉末柱，然后，在其一端插入金属温度探头并与碳纳米管柱紧密接触形成碳纳米管—金属异质结，在碳纳米管柱两端的金属分别引出电极。绝缘绝热管4可采用抽成真空的双层玻璃套管或采用其它绝缘绝热材料制成的管。多壁碳纳米管粉末可以是用任何方法制备的多壁碳纳米管的粉末。工作时，先把电极和外电路测量仪表相连接，然后将金属温度探头与被测物体相接触，这样，由于碳纳米管—金属异质结的存在，电路中的电流就会随探头温度的上升而增加，随探头温度的下降而减小。
下面举出一个具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明将多壁碳纳米管粉末(如图1所示)装入抽成真空的双层玻璃套管内，压实形成碳纳米管粉末柱，然后，在其一端插入金属铜温度探头并与碳纳米管粉末柱紧密接触形成碳纳米管—金属异质结，在碳纳米管柱的另一端封压铝金属块，并分别引出电极，构成温度传感器(如图2所示)。纳米管柱直径为11mm，长度为100mm，电阻为2.74Ω，该传感器对温度的响应曲线如图3所示。实验测量结果表明：传感器内的热致电流会随温度的升高而增大，随温度的降低而减小。当然，测量显示的电流与被测物体的温度之间的关系受环境温度影响，因此，具体器件在使用时需要根据环境温度进行适当修正。从该温度传感器在接触被测物体时电流对时间的响应曲线(如图4所示)可知，该器件的响应时间约十余秒。

Claims (2)

1.一种基于无序多壁碳纳米管—金属异质结的温度传感器，其特征在于：该温度传感器包括绝缘绝热管(4)，填充在绝缘绝热管内的无序多壁碳纳米管粉末柱(2)，设置在无序多壁碳纳米管粉末柱一端且与无序多壁碳纳米管粉末柱紧密接触形成无序多壁碳纳米管—金属异质结的金属温度探头(3)以及封压在碳纳米管粉末柱另一端的导电金属块(1)，并在金属温度探头和导电金属块处分别引出电极。
2.按照权利要求1所述的温度传感器，其特征在于：所述的绝缘绝热管采用抽成真空的双壁玻璃套管。
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