CN209911277U - 一种石墨烯基气敏传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种石墨烯基气敏传感器，包括依次叠层设置的绝缘基底、加热层、第一绝缘层、温度传感器、第二绝缘层、信号转换层及石墨烯基材料层；所述的信号转换层为回字形叉指电极。本实用新型提供的气敏传感器既能在不同温度下进行气体敏感测试，无需更换环境温度，还能更准确的检测和控制温度以提高传感器的灵敏度。

Description

一种石墨烯基气敏传感器

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，具体涉及一种石墨烯基气敏传感器。

背景技术

随着现代工业技术的飞速发展，工业化的迅速推进为人类创造价值，也给人类生态环境带来了严重的污染。工业生产中原料种类越来越多，合成反应越来越复杂，合成副产物的种类也越来越多。一些发生器中不可避免地产生有毒气体或可燃气体，一旦这些气体浓度超过安全标准，人和设备就会产生不良影响，气敏传感器的出现使人们能够实时地监测这些有害气体，有效避免由此造成的恶性事件，确保人类生产和生活的安全。随着气敏传感器的应用越来越广，传统工艺和材料制备出的气敏传感器在灵敏度和测量范围方面越来越难以满足需要，因此研发新材料新工艺来制备气敏传感器势在必行。

石墨烯作为一种由SP²杂化形成的蜂窝状二维结晶材料，具有许多优异的力学和电学性能，在传感领域具有巨大的潜力。室温下超高电子迁移率和大比表面积是它的两个显著特征，这使得石墨烯有望成为具有超高灵敏度的气体传感器材料。作为典型的二维材料，石墨烯结构中的每个原子可以被认为是表面原子，因此理想情况下每个原子都可以与气体相互作用，使得基于石墨烯的气体传感器具有超高的传感响应和超低检测限（甚至可以检测到1个分子）。

目前石墨烯在气敏传感器上的应用已经被广泛研究，例如：申请号CN201710948142 .4公开的“一种石墨烯基气体传感器”，通过氧化锡颗粒和金纳米颗粒同时对石墨烯进行改性，并调整其电学性能，提升传感器的灵敏度。

传统的气敏传感器一般没有温度控制系统，无法满足特殊温度条件下的检测需求。针对上述缺陷，现有技术的传感器增加了温控系统，例如：专利号CN201721878299.6 公开的“一种气体传感器”，包括上方的陶瓷基底、下方的陶瓷片和梳状电极，通过石墨烯层吸附传感器所处环境的空气中的杂质分子后改变其自身的电阻特性，使得梳状电极测得的电参数发生变化，并通过加热加快石墨烯层上的杂质解吸附，由此来提高感应器的灵敏度；该装置通过陶瓷基底和陶瓷片之间的电阻引线连接发热电源或温控系统来加热发热电阻，且还在下方的陶瓷片下表面加上温度探测器，由此来实现传感器的温度控制。但该装置的石墨烯层与温度传感器之间相隔有陶瓷片，该陶瓷片的厚度和热传导性能会在一定程度上影响温度传感器的检测。

所以，本申请提出一种既有加热装置又能更准确的检测和控制温度的传感器。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种石墨烯基气敏传感器，既能在不同温度下进行气体敏感测试，无需更换环境温度，还能更准确的检测和控制温度以提高传感器的灵敏度。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是：

一种石墨烯基气敏传感器，包括依次叠层设置的绝缘基底、加热层、第一绝缘层、温度传感器、第二绝缘层、信号转换层及石墨烯基材料层；所述的信号转换层为回字形叉指电极。

具体地，所述的绝缘基底、第一绝缘层及第二绝缘层的材料为液晶聚合物。

具体地，所述信号转换层的材料采用纳米Au、纳米Ag或纳米Cu。

具体地，所述的第一绝缘层上形成有一嵌槽，所述的温度传感器嵌入该嵌槽内。

具体地，所述的第一绝缘层的厚度为1.5mm，所述温度传感器为薄膜温度传感器，其的厚度为1.1mm。

具体地，所述的第二绝缘层的厚度为1mm。

采用上述方案后，由于实用新型同样设有加热层和温度传感器，因此可以实现在不同温度下进行气体敏感测试，可以避免传统气敏传感器需要更换环境温度的缺点；同时，本实用新型将温度传感器紧邻石墨烯基材料层设置，可以更准确的检测和控制温度，从而可以提高传感器的准确度。此外，实用新型的石墨烯基材料层下方的信号转换层采用回字形叉指电极，其可以有效地将待测信号放大和转换，大大提升传感器的灵敏度。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的信号转换层和第二绝缘层的俯视图；

图3是本实用新型的温控层和第一绝缘层的俯视图

图4是本实用新型的加热层和基底的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详述。

本实用新型所揭示的是一种石墨烯基气敏传感器，如图1-4所示，为本实用新型的较佳实施例，该石墨烯基气敏传感器包括依次叠层设置的绝缘基底1、加热层2、第一绝缘层3、温度传感器4、第二绝缘层5、信号转换层6及石墨烯基材料层7；所述的信号转换层6为回字形叉指电极，该回字形叉指电极可以有效地将待测信号放大和转换，大大提升传感器的灵敏度。

具体的，可以在所述第一绝缘层3上形成一嵌槽，所述的温度传感器4嵌入在该嵌槽内，以方便温度传感器4的安装。为更准确地检测温度，所述的第二绝缘层5的厚度不宜太厚，厚度以1mm为最佳，由于该第二绝缘层5的厚度较薄，其下方的温度传感器4又紧邻石墨烯基材料层7，因此能更为精确的检测石墨烯基材料层7与气体反应时的温度变化数据。所述的第一绝缘层3因设有嵌槽用于嵌入温度传感器4，因此其厚度可以相对较厚，为1.5mm为最佳，所述的温度传感器4可以采用薄膜温度传感器，其厚度一般为1.1mm。上述尺寸是本实施例的一个说明，具体尺寸可根据实际需要稍作改变。

所述的绝缘基底1、第一绝缘层3和第二绝缘层5的材料为液晶聚合物（LCP），该材料具有十分优良的耐热性、电绝缘性及成型加工性能等；还可制成薄膜，具有柔性可以弯曲，可方便其粘附在各种物体表面。所述的加热层2的材料可采用镓基液态合金（镓铟锡锌、镓铟锡、镓铟等），其熔点较低，能更快地加热。所述的信号转换层6可以使用纳米Au，纳米Ag，纳米Cu等材料，这些材料的导电性能较好，能更灵敏地测得电参数的变化。

如图2所示，本实施例提供的石墨烯基气敏传感器的信号转换层6采用回字形叉指电极，传感信号（恒定电压）从A⁺点输入，从A^-点输出，在两点间接一电流表，通过观察电流的变化可以得到电阻的变化，间接得到石墨烯基材料层7与气体反应时其上电阻的变化。

如图3和图4所示，温度传感器4的D点和E点外接引线，与加热层2的B点和C点的外接引线相连，再外接一个控制系统，以实现对石墨烯基材料层7的加热温度以及加热时间的控制，可以手动控制，也可以PID控制，当然，控制方法不局限于此。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故但凡依本实用新型的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本实用新型专利涵盖的范围之内。

Claims (6)

1.一种石墨烯基气敏传感器，其特征在于：包括依次叠层设置的绝缘基底（1）、加热层（2）、第一绝缘层（3）、温度传感器（4）、第二绝缘层（5）、信号转换层（6）及石墨烯基材料层（7）；所述的信号转换层（6）为回字形叉指电极。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯基气敏传感器，其特征在于：所述的绝缘基底（1）、第一绝缘层（3）及第二绝缘层（5）的材料为液晶聚合物。

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯基气敏传感器，其特征在于：所述信号转换层（6）的材料采用纳米Au、纳米Ag或纳米Cu。

4.根据权利要求1所述的一种石墨烯基气敏传感器，其特征在于：所述的第一绝缘层（3）上形成有一嵌槽，所述的温度传感器（4）嵌入该嵌槽内。

5.根据权利要求4所述的一种石墨烯基气敏传感器，其特征在于：所述的第一绝缘层（3）的厚度为1.5mm，所述温度传感器（4）为薄膜温度传感器，其厚度为1.1mm。

6.根据权利要求1所述的一种石墨烯基气敏传感器，其特征在于：所述的第二绝缘层（5）的厚度为1mm。

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