一种用于环境监测传感器的气敏元件及环境监测传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于环境监测传感器的气敏元件以及环境监测传感器，所述气敏元件包括基板和在基板上刻蚀的至少一道光波导底板，所述底板上设置有光波导层，所述光波导层上设置有高灵敏度层，所述高灵敏度层的成分为95%～99.5%的五氧化二钽和0.5%～5%的钇，所述高灵敏度层的厚度为50～200nm，所述高灵敏度层上设置有气体敏感材料层。本发明专利技术的气敏元件，采用五氧化二钽和钇形成高灵敏度层，并在高灵敏度层上设置气体敏感材料层，由此形成的气敏元件灵敏度高，抗干扰能力强，精度高，并且加工工艺简单、成本低廉、操作方便。通过在气敏元件的基板上刻蚀多道光波导底板，可以对环境空气中多种痕量有机气体实现同时监测。

【技术实现步骤摘要】
一种用于环境监测传感器的气敏元件及环境监测传感器
本专利技术属于环境监测
，具体地说，是涉及一种用于监测环境空气中痕量有害气体的气敏元件以及采用该气敏元件设计的环境监测传感器。
技术介绍
随着社会的发展和人民生活水平的改善，环境空气中有害气体的污染越来越受到人们的关注。特别是日益发达的交通及迅速增加的私家车辆排放的气体污染城市空气，室内装修带来的甲醛、苯、氨等气体威胁着人类的健康。如空气中苯，对人体的健康有着很大的危害，容易造成眩晕、头疼、乏力，严重时造成人体再生障碍性贫血以及白血病等。空气中甲醛主要危害为基因毒性，主要来源于装修材料，如各类脲醛树脂类板材、皮革等，而且甲醛、苯已经被世卫组织认定为致癌物，因此监测环境空气中这些气体的污染十分必要。但是，这些痕量有机气体浓度很低，主要在ppb-ppm量级范围内。而传统的检测方法都是以采样后的实验室分析为基础的，这种传统技术存在很多不足，主要表现在:(1)由于所采集的空气样品必须送回实验室进行分析，因此不具有时效性，而且采样和分析过程十分复杂； [2]由于所分析的气体浓度很低，因此需要长时间的采样，大部分需要20分钟以上的采样时间；(3)在实验室分析过程中，存在很多的系统误差，而且以点进行的采样，所检测结果的代表性较差，分析测试成本很高。因此传统的实验室分析方法成本高、效率低、需要专业的技术人员和昂贵的仪器设备，并且不能做到实时监控。 近年来，基于光纤技术的传感器制造技术已经得到了很大的发展，但是只是集中在物理量的传感方面，如磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光、电流和应变等物理量的测量。在有机气体方面，特别是环境空气中痕量有机气体监测领域，真正实用、低成本、产品化的研究成果极少。 因此，开发出低成本、高精度、多种污染物同时监测的在线分析技术成为当前工作场所、公共场所乃至家庭检测的一个迫切解决的问题之一。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种用于环境监测传感器的气敏元件，可以应用在复杂环境下，对环境空气中的多种痕量有机气体进行检测，而且制造成本低、精度高、稳定性强。 为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案予以实现:一种用于环境监测传感器的气敏兀件，包括基板和在基板上刻蚀的至少一道光波导底板，在所述光波导底板上设置有光波导层，所述光波导层上设置有高灵敏度层，所述高灵敏度层的成分为95%?99.5%的五氧化二钽(Ta2O5)和0.5%?5%的钇(Y)，所述高灵敏度层的厚度为50?200nm，所述高灵敏度层上设置有气体敏感材料层。 进一步的，所述高灵敏度层的成分为98%?99.5%的五氧化二钽(Ta2O5)和0.5%?2%的钇(Y)。 更进一步的，所述高灵敏度层的成分为98.5%?99.2%的五氧化二钽(Ta2O5)和0.8% ?1.5% 的钇(Y)。 优选的，所述高灵敏度层的成分为99%的五氧化二钽(Ta2O5)和1%的钇(Y)。 进一步的，所述高灵敏度层的厚度为50?150nm。 更进一步的，所述高灵敏度层的厚度为80?120nm。 优选的，所述高灵敏度层的厚度为lOOnm。 为了监测环境空气中的氨气，所述气体敏感材料层为对氨气敏感的材料，所述气体敏感材料层的成分为99.9%?99.999%的氧化铌(Nb2O5)和0.001%?0.1%的钯(Pd)，所述气体敏感材料层的厚度为5?20nm。 进一步的，所述气体敏感材料层的成分为99.95%?99.995%的氧化铌(Nb2O5)和0.005% ?0.05% 的钯(Pd)。 更进一步的，所述气体敏感材料层的成分为99.97%?99.992%的氧化铌(Nb2O5)和 0.008% ?0.03% 的钯(Pd)。 优选的，所述气体敏感材料层的成分为99.99%的氧化铌(Nb2O5)和0.01%的钯(Pd)。 进一步的,所述气体敏感材料层的厚度为6?15nm。 更进一步的,所述气体敏感材料层的厚度为8?12nm。 优选的，所述气体敏感材料层的厚度为10nm。 为了监测环境空气中的甲醛，所述气体敏感材料层为甲醛敏感材料，所述气体敏感材料层的成分为98%?99.8%的氟化铝(A1F3)、0.1%?1%的铈(Ce)和0.1%?1%的镨(Pr)，所述气体敏感材料层的厚度为10?40nm。 进一步的，所述气体敏感材料层的成分为98.4%?99.6%的氟化铝(A1F3)、0.2%?0.8% 的铈(Ce)和 0.2% ?0.8% 的镨(Pr)。 更进一步的，所述气体敏感材料层的成分为98.6%?99.4%的氟化铝(A1F3)、0.3% ?0.7% 的铈(Ce)和 0.3% ?0.7% 的镨(Pr)。 优选的，所述气体敏感材料层的成分为99%的氟化铝(A1F3)、0.5%的铈(Ce)和0.5% 的镨(Pr)。 进一步的，所述气体敏感材料层的厚度为20?35nm。 更进一步的，所述气体敏感材料层的厚度为15?32nm。 优选的，所述气体敏感材料层的厚度为30nm。 为了监测空气中的苯，所述气体敏感材料层为苯敏感材料,所述气体敏感材料层的成分为94.9%?99.89%的氧化铌(Nb2O5)、0.1%?5%的钇(Y)和0.01%?0.1%的镧(La)，所述气体敏感材料层的厚度为5?20nm。 进一步的，所述气体敏感材料层的成分为96.92%?99.48%的氧化铌(Nb205)、0.5% ?3% 的钇(Y)和 0.02% ?0.08% 的镧(La)。 更进一步的，所述气体敏感材料层的成分为94.9%?99.89%的氧化铌(Nb205)、0.8% ?2% 的钇(Y)和 0.04% ?0.06% 的镧(La)。 优选的，所述气体敏感材料层的成分为98.5%的氧化铌的(Nb205)、1%的钇(Y)和0.05% 的镧(La)。 进一步的,所述气体敏感材料层的厚度为8?15nm。 更进一步的,所述气体敏感材料层的厚度为9?12nm。 优选的，所述气体敏感材料层的厚度为10nm。 为了监测空气中的甲苯，所述气体敏感材料层为甲苯敏感材料，所述气体敏感材料层的成分为95%?99.9%的氧化镧(La2O3)和0.1%?5%的铟(In)，所述气体敏感材料层的厚度为5?20nm。 进一步的，所述气体敏感材料层的成分为97%?99.5%的氧化镧(La2O3)和0.5%?3% 的铟(In)。 更进一步的，所述气体敏感材料层的成分为98%?99.2%的氧化镧(La2O3)和0.8% ?2% 的铟(In)。 优选的，所述气体敏感材料层的成分为99%的氧化镧(La2O3)和1%的铟(In)。 进一步的,所述气体敏感材料层的厚度为8?15nm。 更进一步的,所述气体敏感材料层的厚度为9?12nm。 优选的，所述气体敏感材料层的厚度为10nm。 为了监测空气中的苯乙烯，所述气体敏感材料层为苯乙烯敏感材料，所述气体敏感材料层的成分为99%?99.99%的氧化铟(In2O3)和0.01%?1%的钕(Nd)薄层，所述气体敏感材料层的厚度为20?30nm。 进一步的，所述气体敏感材料层的成分为99.2%?99.9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于环境监测传感器的气敏元件，包括基板和在基板上刻蚀的至少一道光波导底板，在所述光波导底板上设置有光波导层，所述光波导层上设置有高灵敏度层，其特征在于，所述高灵敏度层的成分为95%～99.5%的五氧化二钽和0.5%～5%的钇，所述高灵敏度层的厚度为50～200nm，所述高灵敏度层上设置有气体敏感材料层。

【技术特征摘要】
1.一种用于环境监测传感器的气敏兀件，包括基板和在基板上刻蚀的至少一道光波导底板，在所述光波导底板上设置有光波导层，所述光波导层上设置有高灵敏度层，其特征在于，所述高灵敏度层的成分为95%?99.5%的五氧化二钽和0.5%?5%的钇，所述高灵敏度层的厚度为50?200nm，所述高灵敏度层上设置有气体敏感材料层。2.根据权利要求1所述的用于环境监测传感器的气敏元件，其特征在于，所述气体敏感材料层的成分为99.9%?99.999%的氧化铌和0.001%?0.1%的钯，所述气体敏感材料层的厚度为5?20nm。3.根据权利要求1所述的用于环境监测传感器的气敏元件，其特征在于，所述气体敏感材料层的成分为98%?99.8%的氟化铝、0.1%?1%的铈和0.1%?1%的镨，所述气体敏感材料层的厚度为10?40nm。4.根据权利要求1所述的用于环境监测传感器的气敏元件，其特征在于，所述气体敏感材料层的成分为94.9%?99.89%的氧化铌、0.1%?5%的钇和0.01%?0.1%的镧，所述气体敏感材料层的厚度为5?20nm。5.根据权利要求1所述的用于环境监测传感器的气敏元件，其特征在于，所述气体敏感材料层的成分为95%?...

【专利技术属性】
技术研发人员：程峰，张凯钟，姜红，王海霞，邓新，
申请(专利权)人：青岛中一监测有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37