[发明专利]一种气体传感器芯片及其制作方法和测量系统

说明书

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，尤其涉及一种用于食品或药品质量控制的气体传感器芯片结构和测量系统，以及该气体传感器的制作方法。

背景技术

    传感器包括门类众多技术，而传感器系统一般包含两个方面，第一方面是传感器的芯片，它主要包含传感层。另一方面，就是信号测定系统，即通过测定电阻、电流、电压和折射率等某一个物理量来给出传感器芯片的传感层与目标物质间相互作用的大小后，提供判读的依据。随着人们生活水平的提高与科学的发展，传感器与我们的生活联系越来越紧密。随着检体数量的增加，利用传感器时芯片的成本就成为一个需要考量的十分重要的因素。传统的气体传感器芯片生产过程中，往往需要手工的加入，这就导致传感器的生产效率与成本很难满足需求。例如，对食物与药品等产品的质量控制，需要对每一个包装进行监控。这类传感器需要体积小、制备过程简单、可大规模集中制备和成本低廉，而且这类传感器最好是制备在柔性衬底上。例如: 日本专利(2010272831A)中的制备方式是以利用以蒸发的方式在柔性衬底上制备薄膜。韩国专利(KR2010065518-A)中的制备方式在金属薄膜电极上制备氧化物薄膜的传感层。这两种制备柔性气体传感器的方式制备效率比较低，很难大面积的连续生产。另一方面，关于食品与药品的鲜度或氧气的标签类的专利虽然有报道，但是要么是利用颜色的变化(如专利GB2469100-A)，要么是利用光学检测的方法(如WO2010084010-A1)。前者是加工过程和活性层的活性的保存比较困难，而后者则需要一些比较昂贵的光学实验设备。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种气体传感器芯片及其制作方法，利用凹版印刷技术可以提高气体传感器芯片的生产效率，简化制作过程。配合相应的气体传感器系统装置，可以提高监测效率。

这种气体传感器芯片，包括柔性衬底，还包括设于该柔性衬底上的一对柔性电极对和传感层；所述的传感层设于所述的柔性电极对之间。

其中，所述的气体传感器芯片还包括设于所述传感层表面的保护膜，保护膜是为了保护传感层的感度与活性。

所述的柔性衬底制作材料为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对萘二甲酸乙二醇酯中的一种；所述的一对柔性电极对的制作材料为PEDOT:PSS、Ag、Cu、碳纳米管或石墨烯中的一种。 

所述的传感层包括含P型掺杂材料的有机聚噻吩层。

所述P型掺杂材料采用NOPF₆、碘单质和三氯化铁中的一种，通过掺杂材料来降低传感层的电阻值，达到适合电流监控的范围。

这种气体传感器芯片中的柔性电极、传感层通过凹版印刷方法制作的，这种方法可实现大面积工业制作，代替了人工制作的工序。

本发明还提供气体传感器芯片的制作方法，包括如下步骤：

1、用激光雕刻出柔性电极对和传感层形状的凹版；

2、配制印刷用的墨水；

 压印开始前需要准备好印刷材料，这些印刷材料包括：

用于制作所述柔性电极对的PEDOT:PSS墨水，浓度为1.3-1.7%；

用于制作所述传感层的有机聚噻吩墨水，浓度为5-10 mg/ml；

3、 在凹版打印机上安装步骤1所述的凹版，然后利用凹版印刷法在印版上印制出柔性电极对和传感层；

4、 在所述传感层上压封保护膜。

其中，所述的传感层包括含P型掺杂材料的有机聚噻吩层；所述的保护膜是一层PVC薄膜。保护膜用于保证传感层的感度与活性。

以及用于制作所述传感层中P型掺杂材料的5-10mg碘单质、浓度为15-20 mg/ml NOPF₆或浓度为10-20 mg/ml三氯化铁中的一种。根据各种材料的特性和器件需要调整其印刷材料的浓度，使其稳定印制成所需的传感器部件。

为了加快从凹版印制出的印刷材料固化，所述步骤3中还可以使用红外线灯进行烘干操作。

所述步骤3中还使用红外线灯进行烘干操作，用于将碘单质掺杂到固化的有机聚噻吩层中制作传感层。

本发明还提供这种气体传感器芯片的测量系统，包括气体传感器芯片、串联于测量电路中的电压源、报警电路、电流表及测量电极对；所述的测量电极对与气体传感器芯片上的柔性电极对连接。这种系统可以根据传感层电阻值的变化而触发报警电路发出报警声音，提示检测结果。

本发明的优点在于以下几个方面: 

第一、  利用凹版印刷方法，可大幅度提升传感器的生产效率，降低传感器芯片的成本。