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原文传递一种梯度叠层阵列、制备方法及气体多组分浓度检测方法

专利名称：	一种梯度叠层阵列、制备方法及气体多组分浓度检测方法
摘要：	本发明属于半导体传感器气敏检测领域，并具体公开了一种梯度叠层阵列、制备方法及气体多组分浓度检测方法，该梯度叠层阵列包括从上至下依次布置的至少两个微孔过滤膜/半导体气敏膜叠层器件，各微孔过滤膜/半导体气敏膜叠层器件上的微孔过滤膜的孔径从上至下依次减小；其制备方法包括：先制备不同孔径的微孔过滤膜/半导体气敏膜叠层器件，然后将不同孔径的微孔过滤膜/半导体气敏膜叠层器件按照孔径由大到小的规律从上至下依次布置；上述制备方法制备的梯度叠层阵列可用于气体多组分浓度的检测。本发明可实现已知多组分气体的各组分浓度的检测，具有检测快速准确、适用范围广等优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	华中科技大学
发明人：	张顺平
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-12T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-22T00:00:00+0800
申请号：	CN201910629988.0
公开号：	CN110361436A
代理机构：	华中科技大学专利中心
代理人：	张彩锦;曹葆青
分类号：	G01N27/40(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
主权项：	1.一种梯度叠层阵列，用于气体多组分浓度的检测，其特征在于，该梯度叠层阵列包括从上至下依次布置的至少两个微孔过滤膜/半导体气敏膜叠层器件，且各微孔过滤膜/半导体气敏膜叠层器件上的微孔过滤膜的孔径从上至下依次减小。 2.如权利要求1所述的梯度叠层阵列，其特征在于，所述微孔过滤膜/半导体气敏膜叠层器件包括基片(201)、沉积在基片(201)上的金属电极(202)、覆盖在金属电极(202)上的半导体气敏膜(203)、布置在半导体气敏膜(203)上的微孔过滤膜(204)以及填充在微孔过滤膜(204)的微孔晶粒间隙间的填充材料膜(205)。 3.一种梯度叠层阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： S1制备不同孔径的微孔过滤膜/半导体气敏膜叠层器件： S11制备获得半导体气敏膜，将多孔材料分散在液相中获得分散液，然后将分散液均匀的铺在半导体气敏膜上，烘干得到微孔过滤膜； S12在微孔过滤膜上铺设填充材料，该填充材料的熔融温度低于多孔材料，然后加热填充材料使其熔融，熔融的填充材料在自身表面能的驱动作用下浸润到微孔过滤膜的各微孔晶粒的间隙中； S13待熔融的填充材料冷却固化后，去除微孔过滤膜表面的填充材料以暴露微孔晶粒的表面，以此制备获得微孔过滤膜/半导体气敏膜叠层器件； S14重复步骤S11-S13以制备获得至少两个不同孔径的微孔过滤膜/半导体气敏膜叠层器件； S2将制备获得的不同孔径的微孔过滤膜/半导体气敏膜叠层器件按照孔径由大到小的规律从上至下依次布置，以此获得梯度叠层阵列。 4.如权利要求3所述的梯度叠层阵列的制备方法，其特征在于，所述多孔材料优选为沸石结构微孔晶粒粉体，所述填充材料优选为低熔点硅酸盐非晶玻璃粉。 5.如权利要求3所述的梯度叠层阵列的制备方法，其特征在于，步骤S11中，制备的半导体气敏膜的厚度优选为1μm-10μm，制备的微孔过滤膜的厚度优选为1μm-2μm，烘干温度优选为120℃-150℃；步骤S12中，微孔过滤膜上铺设的填充材料的厚度优选为1μm-2μm，填充材料的加热温度优选为600℃-800℃。 6.如权利要求3-5任一项所述的梯度叠层阵列的制备方法，其特征在于，步骤S11中，所述液相优选为去离子水，优选采用微喷或微滴的方式将分散液均匀的铺设在半导体气敏膜上，铺设的速度优选为0.01毫升/分钟-0.05毫升/分钟；步骤S12中，优选采用微喷或微滴的方式将填充材料平铺在微孔过滤膜上，铺设的速度优选为0.01毫升/分钟-0.05毫升/分钟。 7.如权利要求3-6任一项所述的梯度叠层阵列的制备方法，其特征在于，步骤S13中，优选采用湿法刻蚀工艺刻蚀掉微孔晶粒膜表面的填充材料。 8.一种气体多组分浓度的检测方法，其特征在于，采用如权利要求1-2任一项所述的梯度叠层阵列实现，其包括如下步骤： S1将某一组分浓度已知的测试气体从上至下依次经过梯度叠层阵列中的各微孔过滤膜/半导体气敏膜叠层器件，以获得该组分的浓度与响应间的关系式； S2采用步骤S1同样的方法获得其他组分浓度与其对应的响应间的关系式； S3将所含组分与测试气体相同的待测气体从上至下依次经过梯度叠层阵列中的各微孔过滤膜/半导体气敏膜叠层器件，并计算获得各组分对应的响应； S4将各组分对应的响应带入该组分的浓度与响应的关系式中求得该组分的浓度，以此完成气体各组分的浓度检测。 9.如权利要求8所述的气体多组分浓度的检测方法，其特征在于，步骤S1具体包括如下子步骤： S11将某一组分浓度已知的测试气体从上至下依次经过梯度叠层阵列中的各微孔过滤膜/半导体气敏膜叠层器件，获得该组分浓度对应的响应，即获得一组浓度与响应数据； S12改变组分浓度，并重复步骤S11，以获得多组浓度与响应数据； S13根据多组浓度与响应数据拟合获得组分的浓度与响应间的关系式。 10.如权利要求8所述的气体多组分浓度的检测方法，其特征在于，步骤S1和S3中，所述响应采用如下方式获得：首先，采集每一微孔过滤膜/半导体气敏膜叠层器件的响应Si，其中，i为第i个微孔过滤膜/半导体气敏膜叠层器件，i＝1,2,…,n，n≥2；然后，根据组分的分子大小及微孔过滤膜对应的孔径大小确定各层对应的气体组分，并计算各组分对应的响应，其中，最小分子尺寸组分对应的响应为测得的最底层微孔过滤膜/半导体气敏膜叠层器件的响应Sn，其他组分的响应采用公式Si-Si+1计算。
所属类别：	发明专利