[实用新型]基于氧化锌的氨气传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及传感器领域，尤其是涉及一种基于氧化锌的氨气传感器。 

背景技术

随着现代生活水平不断提高，生活节奏不断加快，出现了应用方便、对环境依赖度低的自发电设备。现有的自发电设备通常利用材料的压电特性。例如2006年，美国佐治亚理工学院教授王中林等成功地在纳米尺度范围内将机械能转换成电能，研制出世界上最小的发电机-纳米发电机。纳米发电机的基本原理是：当纳米线(NWs)在外力下动态拉伸时，纳米线中生成压电电势，相应瞬变电流在两端流动以平衡费米能级。 

氨气传感器是气敏传感器中的一种，用于检测环境中的氨气浓度，能够将环境中氨气浓度产生的传感器响应转化为相应的电压值，从而起到定性或定量检测、监控、报警的作用。氧化锌作为半导体材料，可以应用于氨气传感器，是研究和应用较早的气敏材料之一。然而，现有氨气传感器具有灵敏度低、响应时间长、制备工艺复杂等缺陷。 

物体和物体之间相互进行摩擦，就会使一方带上负电，而另一方带上正电，由于物体间摩擦产生的电叫摩擦电。摩擦电是自然界最常见的现象之一，但是因为很难收集利用而被忽略。迄今为止还没有将摩擦电结合氧化锌材料一起应用到氨气传感器的报道。 

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种基于氧化锌的氨气传感器，感测因吸附在氧化锌处的氨气引起的输出电压变化，具有灵敏度高，响应时间短的特点。 

氧化锌因表面存有氧空缺，使氧气吸附在氧空缺上，从而吸收氧化锌导带上的电子成为离子(O^2-,O^-)。当环境中的氨气吸附在氧化锌表面时，会取代并与原本吸附在氧化锌上的氧离子反应，而释放电子，从而氧化锌表面的电荷量会有变化。将氧化锌涂覆于第一摩擦层表面后，第一摩擦层以及设置在其上的氧化锌层与第二摩擦层摩擦，使氧化锌表面除了氧空缺外带更多的负电，增加了表面的电荷密度，加快了氧气吸收的速度与氧气吸收量，提高了氨气与氧气的置换量，从而提高氨气传感器的灵敏度。吸附氨气后，氨气除了与原先所吸附的氧离子反应外，在摩擦时也形成了氧化锌表面的电荷屏蔽层，从而导致输出电压的下降，进而能够准确测量出环境中的氨气浓度。此时的输出电压大部分来自于第一摩擦层未设置氧化锌层区域与第二摩擦层之间的摩擦。 

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的第一技术方案是：一种基于氧化锌的氨气传感器，包括 

第一摩擦层； 

设置在所述第一摩擦层的第二侧表面上的氧化锌层；以及 

第二摩擦层，所述第二摩擦层的第二侧表面相对第一摩擦层的第二侧表面设置； 

将压力作用在第一摩擦层的第一侧表面和/或第二摩擦层的第一侧表面，所述第一摩擦层的第二侧表面以及设置在其上的氧化锌层与第二摩擦层的第二侧表面之间形成摩擦界面； 

第一摩擦层第二侧表面包含未设置氧化锌区域与设置氧化锌区域。 

所述第一摩擦层和所述第二摩擦层形成所述氨气传感器的信号输出端。 

前述的基于氧化锌的氨气传感器，所述第一摩擦层包括层叠设置的第一电极层和第一高分子聚合物绝缘层，所述氧化锌层设置在第一高分子聚合物绝缘层的表面上。 

前述的基于氧化锌的氨气传感器，所述氧化锌层为氧化锌颗粒层。前述的基于氧化锌的氨气传感器，所述氧化锌颗粒的平均体积粒径为150-300nm，分布量为0.15-0.25mg/mm²。 

前述的基于氧化锌的氨气传感器，所述氧化锌层为氧化锌纳米线层。前 述的基于氧化锌的氨气传感器，所述纳米氧化锌线直径为150-200nm，长度为0.8-1.2μm。 

前述的基于氧化锌的氨气传感器，所述第二摩擦层为第二电极层；所述第一高分子聚合物绝缘层以及设置在其上的氧化锌层与所述第二电极层之间形成摩擦界面，所述第一电极层和所述第二电极层形成所述氨气传感器的信号输出端。 

前述的基于氧化锌的氨气传感器，第二摩擦层包括层叠设置的第二电极层和第二高分子聚合物绝缘层，所述第二高分子聚合物绝缘层相对第一高分子聚合物绝缘层设置，在第一高分子聚合物绝缘层以及设置于其上的氧化锌层与第二高分子聚合物绝缘层之间形成摩擦界面，所述第一电极层和所述第二电极层形成所述氨气传感器的信号输出端。