[发明专利]一种碳纳米管电离自共振型气敏传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种气敏传感器。

背景技术

传统气敏传感器有许多种类，如电化学型气敏传感器、频率型气敏传感器、掺杂法改进气敏传感器、有机配合物气敏传感器等，在生产和生活中得到了广泛的应用。传统的气敏检测系统普遍存在着响应速度慢、检测气体种类少、可重复性低、容易受温度气压等环境因素影响等不利因素，有的检测系统甚至因包含微机等仪器而机构庞大，制约了气敏传感系统的现场检测使用。

发明内容

为了克服已有气敏传感器的响应速度慢、检测气体种类少、可重复性低、容易受温度气压等环境因素影响、不适合现场使用的不足,本发明提供了一种响应速度快、检测气体种类多、可重复性高、不易受温度气压等环境因素影响、适合现场使用的碳纳米管电离自共振型气敏传感器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种碳纳米管电离自共振型气敏传感器，包括纳米碳管电极、铝板电极和绝缘薄膜，所述纳米碳管电极上覆盖所述绝缘薄膜，所述绝缘薄膜上设有用于对应不同气体的极性分布的一列凹槽，所述绝缘薄膜上覆盖铝板电极；所述纳米碳管电极和铝板电极之间连接偏置电压产生装置，所述气敏传感器还包括用以产生多种随机共振的强度的噪声的噪声发生装置和用以在诱发多重随机共振后实时记录电压-电流检测数据，实现气体种类的检测。

本发明的技术构思为：碳纳米管自发明以来在许多领域得到广泛应用，本发明介绍了一种基于定向多壁碳纳米管电离自共振型气敏传感器，使用阳极氧化铝（AAO）模板作为碳纳米管的基底。在AAO模板上快速生长定向碳纳米管作为检测电极。由于AAO模板孔径和孔间距都可以很方便的进行调节，因此对于控制定向碳纳米管的生长有明显的优势，制备的碳纳米管成本低，纯度高，生长速度快且定向性好，经超声切短加工之后，制成基底－碳管一体化碳纳米管电极使用方便。实验结果表明，基于定向碳纳米管气体放电的气敏传感器灵敏度高、检测可重复性好、功耗少、占用空间小、使用方便，并且由于施加了色噪声，可在较低的极间电压下达到自共振状态实现气体检测的目标，有效的降低了使用操作的危险程度。

在氧化铝模板孔穴中定向生长多壁碳纳米管制备气敏传感器电极，传感器包括碳纳米管电极和金属铝电极，在传感器两电极间施加一个偏置电压，同时对气敏传感器系统施加色噪声干扰，并改变噪声强度诱发系统产生多重随机共振，实时记录电压-电流检测数据，对该数据进行模式识别分类，可实现气体种类检测。

本发明的有益效果主要表现在：响应速度快、检测气体种类多、可重复性高、不易受温度气压等环境因素影响、适合现场使用。

附图说明

图1是碳纳米管电离型气敏传感器的示意图。

图2是检测系统的示意图。

图3是系统在施加不同强度噪声情况下，以示波器记录气体放电电流信号的傅立叶频谱的示意图。

图4是经三次样条插值法处理过的实验数据的示意图。

图5是击穿电压-气体浓度曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图5，一种碳纳米管电离自共振型气敏传感器，包括纳米碳管电极1、铝板电极2和绝缘薄膜3，所述纳米碳管电极1上覆盖所述绝缘薄膜3，所述绝缘薄膜3上设有用于对应不同气体的极性分布的一列凹槽，所述绝缘薄膜3上覆盖铝板电极2；所述纳米碳管电极1和铝板电极2之间连接偏置电压产生装置，所述气敏传感器还包括用以产生多种随机共振的强度的噪声的噪声发生装置和用以在诱发多重随机共振后实时记录电压-电流检测数据，并对检测数据进行模式识别分类实现气体种类检测的气体识别模块。

本实施例中，用到的设备包括：54641A示波器（美国安捷伦公司）；POLIPOWER交流电源（丹麦）；QJ6005直流稳压电源（苏州市泓成电子科技有限公司）；VC890D数字万用表（深圳胜利高电子科技有限公司）；自制0～1200V连续可调高压直流电源；自制碳纳米管生长电炉；纯度99.999%的高纯铝板（上海异型材料有限公司）；硫酸钴（浙江宜兴化学试剂厂）。所用试剂均为分析纯。水为去离子水。