[发明专利]一种离子型气敏材料分析装置

说明书

技术领域

本发明属于气敏测试技术领域，特别是涉及一种离子型气敏材料的自动分析装置。

背景技术

气体传感器是一种将气体种类、浓度转换为电、光、磁等信号的装置。气体传感器根据其原理，可以分为化学、物理两类，其中的化学气体传感器通常具有体积小、易装配、成本低等优势，因此主要用于工、农业的生产和过程监控中。

大部分化学气体传感器都是通过传感器中的气敏材料与气体反应，产生电子的改变从而实现气体的检测。其典型气敏机理为材料在高温（例如300℃）下吸附空气中的氧，产生表面氧离子，氧离子与气体发生氧化还原反应，从而释放电子或者空穴，使得传感器的电阻下降或者升高。这类传感器需要用直流的方式进行测量，传感器的信号获取只需要一对条状或者环状电极即可。

还有一类传感器是需要通过监控离子的改变来测量的，这类传感器通常工作在常温到100℃之间，氧在这样的温度下活性不够，被测气体会直接在敏感材料表面产生离子极化，从而提高电导率。RH湿度传感器即为离子传感器的典型代表。离子传感器的测量需要使用交流电进行复阻抗的获取，因此传感器的信号电极对数、间距、宽度对传感器的性能有极大的影响，这为离子传感器的研究带来了很大的不便。

近年来，随着物联网的兴起，低温传感器受到了越来越强烈的关注，特别是离子传感器的敏感材料研究愈来愈热，各种新型的气敏材料，如碳纳米管、石墨烯、三氧化二铟、氧化锆等都被用于离子传感器中。但是由于离子传感器必须制作复杂的插指状电极，电极和普通传感器测试设备难以连接，同时常温环境容易变化导致测试数据难以重复，导致国内在这方面研究进展缓慢，明显落后于半导体工艺技术、实验室条件更加优异的国外。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种将易于更替的插指状探针集成在气敏分析装置中，利用外部控温准确控制材料的工作温度，通过干、湿两股气流的配比调整测试环境的湿度，上位机控制测试电压和频率并进行灵敏度、响应时间、恢复时间的分析，从而简化离子气敏材料的测试工作，提高材料气敏性能研究效率。

本发明所述的离子型气敏材料分析装置（1）结构框图如图1所示，由气室（2）、探针调节装置（3）、插指状探针（4）、控温平台（6）、湿度均匀腔（7）、控制装置（8）和上位机（9）组成。

一般地，气室（2）为不锈钢材质，为圆柱或者圆锥型结构，体积1L～50L，设置有注气孔（21）和观察窗（22）；控温平台（6）设置在气室（2）的底部，在控温平台（6）上放置有测试样品（5），在测试样品（5）的上方设置有探针调节装置（3）；探针调节装置（3）由X-Y-Z方向交错的三个不锈钢螺杆组成，可在X-Y-Z三个方向调节插指状探针（4）与测试样品（5）的相对位置，以保证两者接触良好，调节精度0.001mm～0.1mm，调节总距1mm～20mm；插指状探针（4）为Au或者Pt材质，由两对以上插指状电极组成，电极长度1mm～50mm，宽度0.01mm～10mm，厚度0.01mm～1mm，间距0.01mm～10mm；测试样品（5）为被测试分析的气敏材料，如金属氧化物、碳材料、有机材料等；控温平台（6）为不锈钢或者陶瓷材质，直径10mm～500mm，用于控制测试样品（5）的工作温度；气室（2）外部连接的湿度均匀腔（7）为不锈钢材质，为长方体结构，容积1L～20L，用于对通入气室（2）的湿度气体进行搅拌和混合；控制装置（8）对控温平台（6）的工作温度、湿度均匀腔（7）的湿度气氛进行控制，并对插指状探针（4）所测量获得的测试样品信息进行模数处理，然后上传至上位机（9）由软件进行气敏分析。

控温平台（6）由不锈钢材质的导热平面（61）、内埋的16Ω北京艾立特科技有限公司生产的k32型Pt加热丝（62）、南京英格玛生产的32RII型温度传感器（63）、外包的水冷保护装置（64）组成。通过加热丝（62）的电流由控制装置（8）控制。