[发明专利]气体传感器阵列及其制备方法

说明书

本发明涉及一种气体传感器，以及制造和使用该传感器的方法。所述气体传感器包括绝缘体模板，该绝缘体模板包括由平行排列的开口纳米管形成的纳米管阵列；传感材料，所述传感材料至少沉积在纳米管的内表面上；以及可选的分散在传感材料上的催化剂纳米颗粒。所述传感器还包括电子控制器激活由不同导体材料制成的电极，以便在绝缘体模板上获得多个电阻测量值。可以将电阻测量值与存储电阻曲线进行比较，以确定纳米管阵列气体传感器中的气体类型、浓度和混合物。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年4月30日提交的美国临时专利申请No.62/762,295的优先权，该申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及检测气体类型、气体浓度以及气体混合物的传感器领域，特别是涉及一种基于互连的纳米管阵列的传感器、其制备方法以及使用方法。

背景技术

气体传感器是能够检测气体的物理性质并随后输出描述性信息(例如气体类型和气体浓度)的装置。来自城市燃气、烟具、炉灶、装饰材料、家具和附属车库的氢气(H₂)、二氧化氮(NO₂)和苯(C₆H₆)是易燃或有毒的；这些危险气体各自都有其自身的警戒浓度。超过这些临界浓度会导致火灾、呼吸器官症状、消化不良甚至癌症。

此外，随着对呼吸安全的日益关注，人们迫切希望能够辨别出实时的空气质量。随着便携式设备的发展，能够嵌入便携式智能设备(如手机或手环)中的小型气体检测仪是下一代智能气体传感器革命的趋势。然而，由于便携式/可穿戴设备的电池容量有限，这样的气体检测器必须是低功率设备。

现有的气体传感器是金属氧化物(MOX)型气体传感器，其虽然在某些条件下有效，但也有明显的技术限制。最重要的是，现有的MOX气体传感器通常必须加热到几百摄氏度(℃)才能实现可观察到的气体检测。因此，在检测期间始终需要为耗能的加热器供电，这使得现有的MOX气体检测器极难进入低功率设备，并且限制了气体传感器在便携式智能设备中的应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于互连的纳米管阵列的气体传感器阵列、及其制备方法。该气体传感器能够在低功耗的条件下实现高性能的气体检测。

具体而言，本发明提供了一种纳米管阵列气体传感器，其包括：

绝缘体模板，包括由平行排列的开口纳米管形成的纳米管阵列；

传感材料，至少沉积在所述开口纳米管的内表面上。

可选地，所述纳米管阵列气体传感器还包括分布在传感材料上的催化剂纳米颗粒。

可选地，所述纳米管阵列气体传感器还包括：

至少一个第一顶部电极，位于绝缘体模板顶部的至少第一部分上；

至少一个第二顶部电极，位于绝缘体模板顶部的至少第二部分上；

至少一个底部电极，位于绝缘体模板底部的至少一部分上；以及

电子控制器，与所述至少一个第一顶部电极、至少一个第二顶部电极和至少一个底部电极耦合，并且用于测量所述绝缘体模板的电阻；

所述绝缘体模板的电阻包括所述至少一个第一顶部电极与所述至少一个底部电极之间的第一电阻，以及所述至少一个第二顶部电极和所述至少一个底部电极之间的第二电阻，其中所述第一电阻和所述第二电阻表征纳米管阵列气体传感器中的气体的种类和浓度。

优选地，所述开口纳米管的材料包括阳极氧化铝(AAO)。

优选地，所述纳米管阵列具有30-50μm的厚度、500nm的纳米管间距；所述开口纳米管具有300-350nm的孔径。