CN1632557A - 多壁碳纳米管薄膜气敏传感器 - Google Patents
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Abstract
一种多壁碳纳米管薄膜气敏传感器，其特征在于：底板1为铝板，绝缘层2是三氧化二铝层，电极3是叉指金电极，气敏层4是多壁碳纳米管薄膜。同现有技术比较，本发明具有如下突出优点：1)以多壁碳纳米管薄膜为气敏层的气敏传感器，苯系气体对气敏层的响应特性特别优异，具有灵敏度高、稳定性好，恢复性强的优点；2)传感器中的三氧化二铝层和多壁碳纳米管相容性好；3)己硫醇膜带有活泼的巯基，既可与金电极结合，形成金硫键，加速电子传递，又可活化多壁碳纳米管对苯系气体的吸附性；4)能在室温下工作，无须配置加热器，无安全隐患，有利于实现电导型气敏传感器的微型化、集成化；5)制造工艺简单，生产成本低。本传感器特别适用于对苯系气体的检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种电导型气敏传感器，特别涉及一种多壁碳纳米管薄膜气敏传感器。
背景技术
电导型气敏传感器是利用待测气体分子与气敏传感器的气敏层表面发生化学吸附或者化学反应引起电荷转移，进而导致气敏传感器电导率变化来检测待测气体分子的存在的。待测气体分子与气敏层表面发生化学吸附或者化学反应必须在一定的环境温度下才能实现，通常该温度为300℃以上，在室温条件下，现有的电导型气敏传感器是无法工作的，常用的电导型气敏传感器须设置一个加热器，有的还需添加催化剂，才能使电导型气敏传感器有足够的灵敏度。其缺陷是：由于高温的存在，容易使叉指电极和气敏层老化，缩短气敏传感器的使用寿命，对于用于测定易燃易爆的苯系气体的气敏传感器而言，有加热器存在，则存在安全隐患，而且给电导型气敏传感器微型化、集成化造成困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以多壁碳纳米管薄膜为气敏层的多壁碳纳米管薄膜气敏传感器，检测易燃易爆的苯系气体分子的存在及其浓度，可在室温下工作，消除安全隐患，且气敏传感器的性能远优于带加热器的气敏传感器。
一种多壁碳纳米管薄膜气敏传感器，包括底板，绝缘层，电极，气敏层，其特征在于：绝缘层2是作为底板1的铝板表面经过阳极氧化处理后形成的三氧化二铝层，电极3是采用真空溅射法在绝缘层上制成的叉指金电极，气敏层4是将金电极在含己硫醇的无水乙醇溶液中浸泡24～26小时，在金电极上形成的己硫醇膜后，在己硫醇膜上旋涂含有多壁碳纳米管的均匀悬浊液，干燥后形成具有巯基修饰的多壁碳纳米管薄膜；无水乙醇溶液中的己硫醇浓度为10-4mol/l；多壁碳纳米管经化学气相沉积法制备，然后在成份配比为1∶3～4的硝酸-浓硫酸溶液中处理7～8小时，经过滤后的多壁碳纳米管在蒸馏水中超声散化制成含有多壁碳纳米管的均匀悬浊液，多壁碳纳米管薄膜其厚度小于1μm。
本传感器中的己硫醇膜带有活泼的巯基，一方面可以与金电极形成金硫键，另一方面可以与酸处理后的多壁碳纳米管的羧基等活性基团相互作用，从而强化了多壁碳纳米管气敏层与金电极之间的结合，加速了电子传递，进一步提高气敏层对苯系气体响应的灵敏度、稳定性及可恢复性。
同现有技术比较，本发明具有如下突出优点：1)以多壁碳纳米管薄膜为气敏层的气敏传感器，苯系气体对气敏层的响应特性特别优异，具有灵敏度高、稳定性好，可恢复性的优点；2)传感器中的三氧化二铝层和多壁碳纳米管相容性好；3)己硫醇膜带有活泼的巯基，既可与金电极结合，形成金硫键，加速电子传递，又可活化多壁碳纳米管对苯系气体的吸附性；4)能在室温下工作，无须配置加热器，无安全隐患，有利于实现电导型气敏传感器的微型化、集成化；5)制造工艺简单，生产成本低。
附图说明
图1为本发明的多壁碳纳米管薄膜气敏传感器的断面结构示意图。
图2为叉指金电极结构图，图的中部的阴影表示多壁碳纳米管薄膜。
图3为室温下电极对不同浓度的苯气体的响应曲线图，曲线上方箭头分别指示不同浓度的苯气体的响应的起点，曲线下方箭头分别指示空气介质A产生作用的起点。
图4为室温下电极对不同浓度的甲苯气体的响应曲线图，曲线上方箭头分别指示不同浓度的甲苯气体的响应的起点，曲线下方箭头分别指示空气介质A产生作用的起点。
图5为室温下电极对不同浓度的二甲苯气体的响应曲线图，曲线上方箭头分别指示不同浓度的二甲苯气体的响应的起点，曲线下方箭头分别指示空气介质A产生作用的起点。
具体实施方式
实施例1：
一种多壁碳纳米管薄膜气敏传感器，绝缘层2是作为底板1的铝板表面经过阳极氧化处理后形成的三氧化二铝层，电极3是采用真空溅射法在绝缘层上制成的叉指金电极，气敏层4是将金电极在含己硫醇的无水乙醇溶液中浸泡浸泡24小时，在金电极上形成的己硫醇膜后，在己硫醇膜上旋涂含有多壁碳纳米管的均匀悬浊液，干燥后形成具有巯基修饰的多壁碳纳米管薄膜；无水乙醇溶液中的己硫醇浓度为10-4mol/l；多壁碳纳米管经化学气相沉积法制备，然后在成份配比为1∶3的硝酸-浓硫酸溶液中处理7小时，经过滤后的多壁碳纳米管在蒸馏水中超声散化制成含有多壁碳纳米管的均匀悬浊液，多壁碳纳米管薄膜其厚度小于1μm。
实施例2：
一种多壁碳纳米管薄膜气敏传感器，绝缘层2是作为底板1的铝板表面经过阳极氧化处理后形成的三氧化二铝层，电极3是采用真空溅射法在绝缘层上制成的叉指金电极，气敏层4是将金电极在含己硫醇的无水乙醇溶液中浸泡浸泡26小时，在金电极上形成的己硫醇膜后，在己硫醇膜上旋涂含有多壁碳纳米管的均匀悬浊液，干燥后形成具有巯基修饰的多壁碳纳米管薄膜；无水乙醇溶液中的己硫醇浓度为10-4mol/l；多壁碳纳米管经化学气相沉积法制备，然后在成份配比为1∶4的硝酸-浓硫酸溶液中处理8小时，经过滤后的多壁碳纳米管在蒸馏水中超声散化制成含有多壁碳纳米管的均匀悬浊液，多壁碳纳米管薄膜其厚度小于1μm。
应用本气敏传感器，对不同浓度的苯气体进行检测，检测结果示于图3，图中横坐标为时间(秒)，纵坐标为电流(10-3A)。
应用本气敏传感器，对不同浓度的甲苯气体进行检测，检测结果示于图4，图中横坐标为时间(秒)，纵坐标为电流(10-3A)。
应用本气敏传感器，对不同浓度的二甲苯气体进行检测，检测结果示于图5，图中横坐标为时间(秒)，纵坐标为电流(10-3A)。
Claims (4)
1.一种多壁碳纳米管薄膜气敏传感器，包括底板，绝缘层，电极，气敏层，其特征在于：绝缘层(2)是作为底板(1)的铝板表面经过阳极氧化处理后形成的三氧化二铝层，电极(3)是采用真空溅射法在绝缘层(2)上制成的叉指金电极，气敏层(4)是将金电极在含己硫醇的无水乙醇溶液中浸泡24～26小时，在金电极上形成的己硫醇膜后，在己硫醇膜上旋涂含有多壁碳纳米管的均匀悬浊液，干燥后形成具有巯基修饰的多壁碳纳米管薄膜。
2.根据权利要求1所述的气敏传感器，其特征在于：无水乙醇溶液中的己硫醇浓度为10-4mol/l。
3.根据权利要求1所述的气敏传感器，其特征在于：多壁碳纳米管经化学气相沉积法制备，然后在成份配比为1∶3～4的硝酸-浓硫酸溶液中处理7～8小时，经过滤后的多壁碳纳米管在蒸馏水中超声散化制成含有多壁碳纳米管的均匀悬浊液。
4.根据权利要求3所述的气敏传感器，其特征在于：多壁碳纳米管薄膜其厚度小于1μm。
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