[发明专利]纳米氧化锌温度传感器及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种纳米氧化锌温度传感器及其制备工艺。

背景技术

温度传感器根据制备材料大致分为铂电阻、铜电阻、热电偶、NTC热敏电阻、PN结、红外线等这几种。其中，铂电阻的精度最好（NTC经过特殊的校正也有很高的精度），可以达到正负0.2度的误差；热电偶的精度相对差一些，但是能测量高达1700度的高温；PN结精度最低，但是很容易集成在电路芯片中；铜电阻的线性较好，但是只能测量温度比较低的范围。在实际应用中，需要根据具体情况选择不同的温度传感器。以铂电阻为例，目前厂商利用铂电阻生产的温度传感器产品，标称的温度量程各不相同，有些甚至涵盖了低温到中温，低温到高温的整个温度量程，对于这种标明方式值得注意。严格来讲，铂电阻元件之所以划分了不同的温度量程范围，就是指其最优秀性能所对应的工作温度范围。而现有温度传感器普遍存在成本高、精度不高等缺点，因此对于成本低廉、测量范围较宽的新型温度传感器需求迫切。

纳米氧化锌（ZnO）的粒径介于1-100 nm之间，是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，它表现出许多优秀的特殊性质，如非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。纳米氧化锌可作为气敏元件、温敏元件、PIT元件、NTC元件．压敏电阻，其原理是利用晶界势垒对电压的敏感性。纳米氧化锌用于气体传感器是利用纳米氧化锌随周围气氛中组成的改变，其电学性能——电阻发生变化的原理，从而实现对气体进行检测和定量测定的目的。目前已经有利用纳米氧化锌的电阻变化制备的气体报警器和湿度计。

一个申请号为200520036723.3，名为铂电阻温度传感器的实用新型专利公开了一种温度传感器，该传感器的铂电阻元件是复膜结构，采用丝网印刷或真空镀膜法在基板上复合一层铂金属膜，该铂金属膜呈带状，替代现有的绕丝结构。优点是整体强度较高，抗震动性能、抗冲击性能好，使用寿命长；元件体积小，热响应速度快；但是该温度传感器由于采用了铂电阻，其成本较高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有温度传感器在精度和成本上存在矛盾的问题，即，或者成本较高、或者精度不高的问题，提供一种纳米氧化锌温度传感器，这种温度传感器在精度得到保障的前提下，成本低廉、测量范围较宽。

本发明的另一个目的是提供上述纳米氧化锌温度传感器的制备工艺。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种纳米氧化锌温度传感器，所述纳米氧化锌温度传感器包括高纯铝板，所述高纯铝板上表面镀有阳极氧化铝薄膜，阳极氧化铝薄膜上磁控溅射有叉指电极，叉指电极上涂覆有纳米氧化锌层。随着外界温度的变化，纳米氧化锌层的电阻发生了变化，从而使得温度传感器上纳米氧化锌层上下表面间的电阻发生了变化，在传感器两电极之间电压一定的情况下，温度传感器上下表面之间的流过电流发生微弱变化，通过电流的变化从而得知温度的变化，最终得知被测的温度。

作为优选方案，所述阳极氧化铝薄膜的厚度为7-15μm。（阳极氧化铝薄膜可以有效地提高表面层的附着力和耐蚀性，从而能够提高金电极与基底之间的附着力，也有利于纳米氧化锌颗粒的附着。但是如果氧化铝薄膜过厚，由于会导致溅射上的金电极容易脱落。如果氧化铝薄膜过薄，那么会产生干扰电流，干扰金电极的正常工作，给检测带来误差。

作为优选方案，所述叉指电极的厚度为30-50nm。厚度过大，金叉指电极电阻较小，流经金叉指电极的电流过大，影响检测的稳定性。厚度过薄，金叉指电极的电阻增大，流经金电极的电流较小，使得温度传感器检测电流重复性下降。

作为优选方案，所述纳米氧化锌层的厚度为5-10μm。如果厚度过薄，温度变化导致的电阻变化值较小，导致灵敏度不够；如果厚度过厚，氧化锌容易脱落，造成传感器结构稳定性下降。

一种纳米氧化锌温度传感器的制备工艺，包括以下步骤：

1）纳米氧化锌的制备：首先，分别配置Na₂CO₃和Zn(NO₃)₂溶液，在不断搅拌下，将Zn(NO₃)₂溶液滴入Na₂CO₃溶液中进行反应，然后，分离沉淀物并烘干，在400-500℃下煅烧30-60min得纳米氧化锌；