[发明专利]检测室内有机气体的材料及用该材料制备气敏元件的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属氧化物半导体气敏元件技术领域，具体涉及检测室内有机 气体的敏感材料及用该材料制备气敏元件的方法。

背景技术

随着人们生活水平提高，室内装修变得越来越普遍，但是，随之而来的室 内有机气体污染(醛类、苯类气体)不得不引起人们的重视。例如居室装饰材 料和家具中的胶合板、纤维板、等人造板材中含有大量以醛类为主的有机挥发 性物质，各类油漆、涂料中都含有苯类添加剂。有机污染问题严重威胁人体健 康，引起人们的高度关注，有机气体含量已成为当今居室污染监测的一项重要 安全指标。

由于微小的有机气体含量足以使人中毒，致癌等，所以要求气敏元件能够 检测室内有机气体的极限浓度非常低。虽然研究者们针对有机气体气敏材料的 开发做了大量的研究，但是目前所开发的气敏材料的检测极限仍然与室内有机 气体检测标准相差甚远，如目前对甲醛的检测极限为20毫克/立方米，这与目 前规定的室内甲醛检测标准0.08毫克/立方米有一定差距。因此如何提高气敏 元件的灵敏度，特别是在如何降低探测室内有机气体时所达到的极限浓度，即 在低浓度环境下放大气敏元件的敏感信号，有着迫切的需求。

中国专利CN1431491公开了一种低功耗化学气体传感器芯片、传感器及其 制备方法，该发明采用微电子工艺制造技术，在玻璃芯片上制成了化学传感器 芯片，主要特征为，芯片的敏感电极形状为叉指电极，利用该形状电极，可放 大微电流敏感信号，提高灵敏度，但叉指电极的电场连续性不佳，影响探测气 体时的敏感信号输出。

发明内容

本发明提供了一种检测室内有机气体的敏感材料及用该材料制备气敏元件 的方法，采用本发明所述的敏感材料制作的气敏元件，可检测室内装修后残留 的微量的有机气体，可降低对有机气体的检测极限浓度，具有较高的敏感信号， 有检测灵敏、结果准确、快速的优点。另外，本发明还有气敏元件的体积小， 有利于微型化的特点。

本发明的技术方案如下：

检测室内有机气体的敏感材料由SnO₂基体材料、硝酸银、硝酸镉组成，其 各组分的重量百分含量为：

硝酸银：3％-8％；

硝酸镉：4％-11％

其余部分为SnO₂基体材料。

制备检测室内有机气体的敏感材料的方法，有以下步骤：

1)将SnCl₄·5H₂O配置成0.1mol/L的溶液，按1∶4的摩尔比将SnCl₄溶液 与柠檬酸混合，至酸完全溶解后得到透明溶胶；

2)用氨水调整溶胶的PH＝8-10，升温至80℃形成白色乳浊液，洗涤至溶液 中无Cl^-；

3)80℃低温真空干燥，得到干凝胶，研磨，得到粉末状固态SnO₂基体材料；

4)按照检测室内有机气体的敏感材料组成的比例将固态硝酸银和固态硝酸 镉加入到SnO₂基体材料中，80-100℃干燥后，在450℃烧结1-2h得到检测室内 有机气体的敏感材料。

检测室内有机气体的气敏元件包括氧化铝陶瓷基片，以及烧结在氧化铝陶瓷 基片上的检测室内有机气体的敏感材料、沉积在敏感材料上的双螺微旋电极和 两个测试电极。

所述烧结在氧化铝陶瓷基片上的检测室内有机气体的敏感材料的厚度为 0.1mm-0.5mm。

所述双螺旋为电极的材料为纯金，螺旋电极间距为100μm。

所述两个侧测试电极的材料为纯金，长度为2000μm，两测试电极之间的 间距为3000μm。

敏感材料上沉积电极的总面积为6μm²。

制备检测室内有机气体的气敏元件的方法，有以下步骤：

(1)在烧结有权利要求1所述的敏感材料的氧化铝陶瓷基片上，采用磁控溅 射法沉积一层厚度为1-5μm铬膜，然后再沉积一层厚度为10-15μm金膜；

(2)敏感材料的表面上涂敷厚度约为1mm的光刻胶；

(3)制作双螺旋敏感微电极掩膜，利用紫外光光刻电极图形，将掩膜中双螺 旋敏感微电极图形外的光刻胶去掉，在基片表面留下掩膜底下覆盖有光刻胶的 部分；