CN112305039A - 基于锗纳米片的甲酸气体传感器和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于锗纳米片的甲酸气体传感器,包括绝缘基底以及设置于所述绝缘基底上的锗纳米片层和对电极,所述对电极设置于锗纳米片层的两端,且所述对电极设置成通过锗纳米片层电导通。本发明基于锗纳米片的甲酸气体传感器具有特异性强,仅能与甲酸气体相互作用并引起锗纳米片层的电阻值变化,对其它气体不起作用。本发明基于锗纳米片的甲酸气体传感器还具有检测限高的优点,对于ppm级别极低浓度甲酸气体即可引起锗纳米片层的电阻值变化。本发明基于锗纳米片的甲酸气体传感器还具有成本低、检测速度快等优点。本发明还提供了基于锗纳米片的甲酸气体传感器在甲酸气体检测上的应用。

Description

基于锗纳米片的甲酸气体传感器和应用
技术领域
本发明涉及半导体电子器件领域,具体涉及一种基于锗纳米片的甲酸气体传感器,本发明还涉及该基于锗纳米片的甲酸气体传感器的应用。
背景技术
甲酸是居民生活区、实验室和工业生产区的主要有毒空气污染物之一,对人及动物的皮肤和粘膜有强烈的刺激作用,对呼吸道和肠胃***等有严重腐蚀作用,严重可引起急性肺炎、肾功能衰竭、甚至休克而致死。因此快速、准确的检测环境中的甲酸气体非常重要。
目前,常用的甲酸检测方法有红外光谱法、毛细管电泳法以及酶反应法等,这些常规分析方法操作复杂、耗时长、样品用量大等因素限制了其实际应用,且现有的可应用的甲酸气体传感器较少,限制较多且缺乏含有高选择性吸附甲酸气体的传感材料,故而对于甲酸气体的检测较为困难。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种基于锗纳米片的甲酸气体传感器,本发明还提供了一种基于锗纳米片的甲酸气体传感器在甲酸气体检测上的应用,以解决现有甲酸气体传感器少、限制较多且特异性差等问题。
第一方面,本发明提供了一种基于锗纳米片的甲酸气体传感器,包括绝缘基底以及设置于所述绝缘基底上的锗纳米片层和对电极,所述对电极设置于锗纳米片层的两端,且所述对电极设置成通过锗纳米片层电导通。
本发明基于锗纳米片的甲酸气体传感器包括绝缘基底以及设置于绝缘基底上的锗纳米片层和对电极,对电极设置于锗纳米片层的两端。将该基于锗纳米片的甲酸气体传感器置于一定温度的甲酸气体环境中时,甲酸气体与锗纳米片层中的锗纳米片相互作用,由此锗纳米片层的电阻值降低并引起整个导电回路的电阻值降低、电流增大,通过检测导电回路中的电流变化或者锗纳米片层两端的电压变化即能实现对甲酸气体的检测。本发明基于锗纳米片的甲酸气体传感器具有特异性强,仅能与甲酸气体相互作用并引起锗纳米片层的电阻值变化,对其它气体不起作用。本发明基于锗纳米片的甲酸气体传感器还具有检测限高的优点,对于ppm级别极低浓度甲酸气体即可引起锗纳米片层的电阻值变化。本发明基于锗纳米片的甲酸气体传感器还具有成本低、检测速度快等优点。
优选的,所述锗纳米片层中锗纳米片的厚度小于等于10nm。锗纳米片的厚度直接决定了锗纳米片层的检测灵敏度,锗纳米片层中锗纳米片的厚度小于等于10nm时,基于锗纳米片的甲酸气体传感器在灵敏度方面表现最佳。
优选的,所述锗纳米片层的厚度为10~100μm。锗纳米片层的厚度同样影响着锗纳米片层的电阻值和与甲酸气体的作用响度,厚度为10~100μm的锗纳米片层在检测甲酸气体方面表现更优。
优选的,所述绝缘基底与锗纳米片层之间还设有陶瓷管,所述陶瓷管表面设有锗纳米片层,所述陶瓷管中穿插有加热电阻丝。陶瓷管具有优异的导热性能,在陶瓷管中穿插加热电阻丝,通过加热电阻丝对陶瓷管进行加热,由此可以降低本发明基于锗纳米片的甲酸气体传感器对环境温度的依赖性,即使在较低温度下也能通过自身的加热电阻丝产热,进而实现锗纳米片层与甲酸气体相互作用。
优选的,所述绝缘基底上还设有隔热外壳,所述隔热外壳上设有用于供气体进出的孔洞,所述隔热外壳与绝缘基底合围成用于容置所述陶瓷管的隔热空腔。通过设置隔热外壳,能够起到防止使用者接触到基于锗纳米片的甲酸气体传感器内部的高温部件的作用,也能防止外部因素对基于锗纳米片的甲酸气体传感器的干扰,同时也不影响甲酸气体进出传感器内部。
第二方面,本发明还提供了如本发明第一方面所述的基于锗纳米片的甲酸气体传感器在甲酸气体检测上的应用。
本发明基于锗纳米片的甲酸气体传感器应用于检测甲酸气体具有检测速度快、成本低等优点,另外对甲酸气体特异性强、检测限高,能够很好地适应甲酸气体的检测需求。
本发明的优点将会在下面的说明书中部分阐明,一部分根据说明书是显而易见的,或者可以通过本发明实施例的实施而获知。
附图说明
为更清楚地阐述本发明的内容,下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。
图1为本发明提供的基于锗纳米片的甲酸气体传感器的结构示意图;
图2为本发明基于锗纳米片的甲酸气体传感器对甲酸气体的响应曲线。
具体实施方式
以下所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
第一方面,本发明提供了一种基于锗纳米片的甲酸气体传感器,包括绝缘基底以及设置于所述绝缘基底上的锗纳米片层和对电极,所述对电极设置于锗纳米片层的两端,且所述对电极设置成通过锗纳米片层电导通。
优选的,所述锗纳米片层中锗纳米片的厚度小于等于10nm。
优选的,所述锗纳米片层的厚度为10~100μm。
优选的,所述绝缘基底与锗纳米片层之间还设有陶瓷管,所述陶瓷管表面设有锗纳米片层,所述陶瓷管中穿插有加热电阻丝。
优选的,所述绝缘基底上还设有隔热外壳,所述隔热外壳上设有用于供气体进出的孔洞,所述隔热外壳与绝缘基底合围成用于容置所述陶瓷管的隔热空腔。
第二方面,本发明还提供了如本发明第一方面所述的基于锗纳米片的甲酸气体传感器在甲酸气体检测上的应用。
实施例
请参照图1,图1为本发明提供的一种实施方式的基于锗纳米片的甲酸气体传感器。该基于锗纳米片的甲酸气体传感器,包括绝缘基底1以及设置于绝缘基底1上的锗纳米片层2和对电极3。其中,锗纳米片层2中包括锗纳米片,锗纳米片与甲酸气体在一定温度下发生相互作用并导致锗纳米片层2电阻值变化。对电极3设置于锗纳米片层2的两端,即对电极3并不直接连接,而是设置成通过锗纳米片层2电导通。在本实施例中,对电极3上均连接有导线,对电极3通过导线连接外部电源以形成回路。正常情况下,将电源、对电极3以及锗纳米片层2形成回路并有一固定电流。当该基于锗纳米片的甲酸气体传感器在较高温度环境下且与甲酸气体接触时,锗纳米片层2电阻值变化并引起回路中的电流变化,由此检测出环境中的甲酸气体。
作为优选的实施方式,锗纳米片层2中锗纳米片的厚度小于等于10nm。
作为优选的实施方式,锗纳米片层2的厚度为10~100μm。
作为优选的实施方式,绝缘基底1与锗纳米片层2之间还设有陶瓷管4,陶瓷管4的上表面设有锗纳米片层2,陶瓷管4中穿插有加热电阻丝。
作为优选的实施方式,绝缘基底1上还设有隔热外壳5,隔热外壳5上设有用于供气体(包括甲酸气体)进出的孔洞,隔热外壳5与绝缘基底1合围成用于容置陶瓷管4的隔热空腔。
效果实施例:
将实施例中提供的基于锗纳米片的甲酸气体传感器至于100℃环境下用于检测甲酸气体。当甲酸气体浓度逐步从100ppm变为500ppm时,通过数据采集***测量电压信号,最后将电压信号转换为实时数据后保存在电脑上,再基于数据处理计算出锗纳米片层2对应的电阻值,结果如图2所示。如图2所示,该基于锗纳米片的甲酸气体传感器对于低浓度的甲酸气体具有较好的检测响应,检测重现性好,而且随着甲酸气体的浓度提升阻值下降。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于锗纳米片的甲酸气体传感器,其特征在于,包括绝缘基底以及设置于所述绝缘基底上的锗纳米片层和对电极,所述对电极设置于锗纳米片层的两端,且所述对电极设置成通过锗纳米片层电导通。
2.如权利要求1所述的基于锗纳米片的甲酸气体传感器,其特征在于,所述锗纳米片层中锗纳米片的厚度小于等于10nm。
3.如权利要求1所述的基于锗纳米片的甲酸气体传感器,其特征在于,所述锗纳米片层的厚度为10~100μm。
4.如权利要求1所述的基于锗纳米片的甲酸气体传感器,其特征在于,所述绝缘基底与锗纳米片层之间还设有陶瓷管,所述陶瓷管表面设有锗纳米片层,所述陶瓷管中穿插有加热电阻丝。
5.如权利要求4所述的基于锗纳米片的甲酸气体传感器,其特征在于,所述绝缘基底上还设有隔热外壳,所述隔热外壳上设有用于供气体进出的孔洞,所述隔热外壳与绝缘基底合围成用于容置所述陶瓷管的隔热空腔。
6.如权利要求1-5任一项所述的基于锗纳米片的甲酸气体传感器在甲酸气体检测上的应用。
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