一种聚苯胺敏感膜声表面波氨气传感器及其镀膜方法技术

本发明专利技术公开了一种聚苯胺敏感膜声表面波氨气传感器及其镀膜方法，所述声表面波氨气传感器包括压电基底(1)，其上表面对置声表面波叉指换能器(2)，对置的声表面波叉指换能器(2)的中间部分为镀膜区(3)，镀膜区(3)表面涂覆聚苯胺敏感层(4)。本发明专利技术对氨气具有良好的室温气敏性能，提高了传感器的响应速度，使得传感器在室温条件下对氨气具有快速响应时间的特点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种聚苯胺敏感膜声表面波氨气传感器及其镀膜方法


[0001]本专利技术属于仪器仪表制造业领域，具体涉及一种聚合物敏感膜的延迟线型声表面波气体传感器。

技术介绍

[0002]氨气是一种有害工业气体，在氨气(NH3)体积浓度25
×
10
‑6环境下8h，或NH3体积浓度35
×
10
‑6环境下15min时，人们的眼睛、呼吸道会造成损伤，在更高浓度环境下则会产生呼吸道严重中毒症状甚至死亡。在许多工业生产过程中需要直接或间接使用氨气或产生氨气，如发生泄漏会直接导致工作人员健康受损，严重威胁到人们生命材料安全。这就需要对氨气的产生与使用过程进行实时快速的监测。主要的监测方法有光学型、半导体及电化学等，虽各有其优点，但仍存在响应速度慢及安全可靠等方面的不足。声表面波(SAW)的气体检测方法具有高灵敏、快速、微型、低成本和易于集成化等特点。
[0003]为实现氨气检测，国内外学者相继提出了包括金属氧化物、碳纳米管(CNTs)等多类型氨气敏感材料，其中以半导体金属氧化物材料为主。半导体金属氧化物包括ZnO、SnO2、In2O3、Fe2O3、CuO、NiO和Co3O4等。以金属氧化物为敏感材料的传感器具有灵敏度高、成本低的优点，但存在选择性差、工作温度高和受周围湿度影响大的缺点，因此难以应用于室温氨气传感。近年来发展的导电聚合物材料因其低成本和良好的室温气敏特性而成为候选气敏材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供了一种聚苯胺敏感膜声表面波氨气传感器，通过采用聚苯胺作为敏感材料，由于聚苯胺对氨气具有良好的室温气敏性能，提高了传感器的响应速度，使得传感器在室温条件下对氨气具有快速响应时间的特点。在常温(25℃)常湿(10％
‑
30％RH)的条件下，对体积浓度为10
×
10
‑6的NH3响应时间(T
90
)小于20秒，检测下限可以达到0.5
×
10
‑6，解决了NH3气体传感器的室温条件下响应速度慢的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的采用了如下的技术方案：
[0006]一种聚苯胺敏感膜声表面波氨气传感器，声表面波氨气传感器包括压电基底1，其上表面对置声表面波叉指换能器2，对置法声表面波叉指换能器2的中间部分为镀膜区3，并通过旋涂或滴涂方式在传感器表面涂覆聚苯胺敏感层4。
[0007]优选地，所述声表面波叉指换能器2采用单向单相换能器(SPUDT)结构，单向单相换能器结构中电极宽度分别为4μm(λ/4)和2μm(λ/8)。λ为设计波长。
[0008]优选地，所述压电基底1的制作材料可采用不同切向的铌酸锂、胆酸锂或石英等压电晶体材料。
[0009]优选地，所述声表面波叉指换能器2的制作材料可采用铝、铜、金等金属材料或多层金属复合材料。
[0010]本专利技术还提供了一种聚苯胺敏感膜声表面波氨气传感器的镀膜方法，所述镀膜方
法步骤包括：
[0011]1)用超声波分散聚苯胺溶液，在声表面波叉指换能器2的电极表面溅射SiO2薄膜；
[0012]2)旋涂或滴涂聚苯胺溶液至镀膜区3，将声表面波氨气传感器恒温烘干，恒温温度为50
‑
70℃，烘干时间1
‑
2小时。
[0013]优选地，所述SiO2薄膜的厚度为50nm。
[0014]本专利技术传感器通过声表面波叉指换能器实现电磁波和声表面波的相互转化，通过聚苯胺敏感层4吸附环境中的氨气产生的质量负载及声电耦合效应引起声传播速度的变化，进而以鉴相器输出的电压信号来表征待测氨气体积浓度。通过采用聚苯胺作为敏感材料，由于聚苯胺对氨气具有良好的室温气敏性能，提高了传感器的响应速度，使得传感器在室温条件下对氨气具有快速响应时间的特点。
附图说明
[0015]图1为本专利技术一种聚苯胺敏感膜声表面波氨气传感器的结构示意图；
[0016]图2为本专利技术的声表面波氨气传感器对体积浓度为30
×
10
‑6的氨气的重复性测试响应图；
[0017]图3为本专利技术的声表面波氨气传感器对不同体积浓度的氨气的测试响应图；
[0018]图4为本专利技术的声表面波氨气传感器的灵敏度结果图；
[0019]附图标记：1、压电基底，2、声表面波叉指换能器，3、镀膜区，4、聚苯胺敏感层。
具体实施方式
[0020]下面以附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0021]实施例1
[0022]如图1所示，一种聚苯胺敏感膜声表面波氨气传感器，声表面波氨气传感器包括压电基底1，其上表面相对设置了两个声表面波叉指换能器2，两个声表面波叉指换能器2的中间部分为镀膜区3，通过旋涂或滴涂方式在镀膜区表面涂覆聚苯胺(PANI)敏感层4。所述声表面波叉指换能器为单向单相换能器(SPUDT)结构，设计声波波长λ≈16μm，SPUDT中电极宽度分别为4μm(λ/4)和2μm(λ/8)。
[0023]所述压电基底1采用Y切石英压电晶体材料。所述声表面波叉指换能器2采用铝金属材料，厚度为50
‑
100nm。所述声表面波叉指换能器2叉指对数为18对。
[0024]一种聚苯胺敏感膜声表面波氨气传感器的镀膜方法，包括步骤如下：
[0025]S1，用超声波分散聚苯胺(PANI)聚合物溶液，在声表面波叉指换能器2的电极表面溅射50纳米厚的SiO2薄膜；
[0026]S2，旋涂或滴涂聚苯胺(PANI)聚合物溶液至镀膜区；
[0027]S3，将声表面波氨气传感器放入恒温箱，设置温度为50
‑
70℃，持续时间1
‑
2小时进行烘干。
[0028]对不同体积浓度的氨气的测试结果如下图2
‑
4所示。
[0029]采用本专利技术的聚苯胺敏感膜声表面波氨气传感器在常温(25℃)常湿(10％
‑
30％RH)的条件下，对体积浓度为10
×
10
‑6的NH3响应时间(T
90
)小于20秒，检测下限可以达到0.5
×
10
‑6，对体积浓度为(5～30)
×
10
‑6的灵敏度为0.11mV/10
‑6，解决了NH3气体传感器的室温
条件下响应速度慢的问题。
[0030]本专利技术的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。
[0031]本专利技术未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
[0032]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本专利技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本专利技术的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本专利技术的权利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚苯胺敏感膜声表面波氨气传感器，其特征在于，所述声表面波氨气传感器包括压电基底(1)，其上表面对置声表面波叉指换能器(2)，对置的声表面波叉指换能器(2)的中间部分为镀膜区(3)，镀膜区(3)表面涂覆聚苯胺敏感层(4)。2.根据权利要求1所述的聚苯胺敏感膜声表面波氨气传感器，其特征在于，所述声表面波叉指换能器(2)采用单向单相换能器结构，单向单相换能器结构中电极宽度分别为设计波长的1/4和1/8。3.根据权利要求1所述的聚苯胺敏感膜声表面波氨气传感器，其特征在于，所述压电基底(1)的制作材料为不同切向的铌酸锂、胆酸锂或石英。4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文，陆铭慧，孙鑫洋，薛蓄峰，何新军，高旭，刘勋丰，朱颖，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：