[发明专利]多个标定指标的气体成分分辨与识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种检测技术领域的方法，具体地说，是一种多个标定指标的气体成分分辨与识别方法。

背景技术

气体分子多种多样，识别气体分子种类和相对含量的气体识别方法也有很多，但是，如何提高选择性、敏感性、稳定性和寿命一直是各种气体传感器所面临的最难解决的技术问题。对于以场致气体分子电离过程中的电学特异性为检测依据的“分子电离式气体传感器”而言，由于直接应用不同气体分子在场致离化与电荷传输过程中所表现出的特异性，从而可以实现对气体中分子组成的检测与识别。因此，在传感机理上具有许多特点和优势，具有良好的应用潜力。由于近年来将一维纳米材料作为电极材料，此类器件的工作电压明显降低，又由于微电子加工技术的引入，可以实现此类器件的片上、微型化制造，就更推进了其具体应用的进程。该技术的现有检测方法主要是通过下列电学特征的气敏性实现：(1)气体放电电流的临界转变电压(主要是间隙击穿电压)、(2)气体局部放电电流的幅值和(3)过电压条件下的击穿脉冲波形。

经对现有技术文献的检索发现，对上述三种检测方法在一维纳米电极系统中的比较全面的应用可以在中国科学技术大学黄家锐博士的博士论文(2006年5月)中找到，该论文报告了上述三种检测方法的具体应用实例。对于检测目标(1)和(3)而言，两者都来源于间隙击穿等离子体的形成过程，在常压下，气体间隙击穿所形成的是一种热平衡等离子体，对电极有很强的破坏作用，因此对器件的稳定性、寿命和重复性都有严重的负面影响。对于检测目标(2)而言，稳定放电电流的来源主要是“自持暗放电电流”，电流幅值的气敏特性主要是由气体放电的第一电离系数(α)与气体分子的种类与含量有关造成的。这种检测方法在微量物质检测时，其选择性和敏感性也比较有限，因为α对放电电流幅度变化的影响是一个由大量粒子碰撞电离造成的统计结果，因此，电流幅值的气敏特性势必受制于气体分子的数量。可见，上述检测方法所决定传感器选择性和敏感性很难进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种适用于场致电离气体传感器的、基于正离子迁移率和气体电离系数检测的多个标定指标的气体成分分辨与识别方法。使其采用由局部自持放电产生的离子电流作为检测对象，并通过改变施加于离子流的电场强度获得多种标定气体成分的指标，从而极大地提高气体成分测量的选择性和敏感性，并且可避免电极间隙击穿产生的热平衡等离子体打火损伤，从而提高场致电离气体传感器的稳定性、使用寿命。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明利用由局部自持放电产生的离子流作为检测对象，采用“放电电极正极-放电电极负极-检测电极”三极结构形成放电区域和检测区域，通过改变检测电极的加载电压测量某种成分气体在检测区域内不同电场强度下形成的离子电流，将测量得到的“检测电极加载电压-检测电极电流”关系作为该成分气体的标定指标；在识别该成分气体时，将相同加载电压条件下对被检测气体测量得到的“检测电极加载电压-检测电极电流”的实测值与标定指标进行对比，如果在测量误差确定的范围内两者相同，则被检测气体被认为与该目标气体具有相同的成分；否则，则被检测气体被认为与该目标气体具有不同的成分。

本发明包括如下步骤：

第一步：形成“放电电极正极-放电电极负极-检测电极”三极结构：放电电极正极与放电电极负极组成放电区域，放电电极正极表面具有能够引发局部自持放电的结构；放电电极负极具有镂空结构，从而使放电电极中气体电离过程所产生的正离子能够部分地运动到放电电极之外；在放电电极负极之上设置检测电极；

所述的能够引发局部自持放电的结构，可以是一维纳米材料膜，也可以是一根或者多根导电的针状、柱状、锥状、尖塔状电极材料。

所述的一维纳米材料膜，其中的一维纳米材料属于导体性或者半导体性一维纳米材料，其直径在几纳米到几百纳米之间。

所述的一维纳米材料膜可以仅由一维纳米材料组成，也可以由一维纳米材料与其他化学成分的添加剂混合而成。

所述的其他化学成分的添加剂，可以是树脂类添加剂，可以是树脂类添加剂与陶瓷粉末组成的混合添加剂，可以是树脂类添加剂与金属粉末组成的混合添加剂，可以是树脂类添加剂与陶瓷粉末、金属粉末组成的混合添加剂，还可以是上述五种添加剂或者混合添加剂与可以溶解树脂的液态有机溶剂组成的混合添加剂。