[发明专利]一种纳米呼吸传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器技术领域的器件及其制备方法，具体地说，是涉及一种纳米呼吸传感器及其制备方法。

背景技术

呼吸异常是许多突发疾病的先兆，因此，对异常呼吸的监测在医学上具有重要意义。目前用于呼吸监测的传感器主要有热敏式、压差式和压电式等，其中，热敏式传感器通过呼吸引起的温度变化获得呼吸信号，易受环境温度影响；压差式传感器通过气压变化获得信号，要求使用者佩戴口罩，舒适度较差；压电式传感器受敏感材料敏感度限制，体积较大，成本高。现有呼吸传感器结构复杂，不利于一次性使用，消毒程序繁琐。随着家庭护理概念的日益普及，急需一种小型化、低成本的便携式呼吸传感器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种纳米呼吸传感器。本发明利用氧化锌纳米线的表面效应，当呼吸气流通过氧化锌纳米线时，氧化锌的电导发生变化，根据测量的电流曲线变化，从而监测不同频率和强度的呼吸状况。

本发明是以如下技术方案实现的：一种纳米呼吸传感器，其包括敏感单元、恒压电源、放大器、模拟/数字转换器、单片机、液晶显示器、存储器和报警装置；敏感单元的一端接入恒压电源，另一端接入放大器，电流放大后经模拟/数字转换器接入单片机，信号经处理后可由存储器进行存储，并由液晶显示器进行显示，并可通过报警装置对异常信号进行报警；其中敏感单元包括衬底、分布在衬底上的微电极对和搭接在微电极对间的敏感元件氧化锌纳米线，敏感元件与微电极对之间形成牢固可靠的低电阻接触。

恒压电源的输出电压为1-3伏。

报警装置为声光报警，由蜂鸣器和二极管组成。

敏感单元的微电极对间距为100-5000纳米，电极高度为50-1000纳米，电极材料选自金、铂、钛、铜、铝中的一种。

敏感单元的氧化锌纳米线的直径为10-500纳米，长度为100-6000纳米。

纳米呼吸传感器的制备方法包括：

步骤一，用微加工方法制备微电极对；

步骤二，用电泳方法在微电极对间定向组装氧化锌纳米线；

步骤三，用高频超声波能量键合微电极对上的氧化锌纳米线，使其与微电极间形成可靠的低电阻接触，从而形成敏感单元；

步骤四，通过模拟电路形成电源和放大器，通过数字电路和单片机形成模拟/数字转换、液晶显示器、存储和报警装置；

步骤五，敏感单元输出的电流信号经过运算放大器电路处理，转换为电压信号，被模拟/数字转换器采集并转化为数字信号，最终由单片机进行处理；

经过上述步骤，当呼吸气流通过氧化锌纳米线时，氧化锌的电导发生变化，根据液晶显示器显示的电流曲线变化和报警装置对异常信号的报警，即可得到用于监测不同呼吸频率和强度的纳米呼吸传感器。

步骤二中，电泳电压采用交流电，频率为10³-10⁷赫兹，电压峰峰值为1-30伏，电泳液选自去离子水、乙醇、丙酮、乙二醇、异丙醇中的一种或两种混合。

步骤三中，所述高频超声波通过焊头作用在氧化锌纳米线与微电极对间的接触面，超声波频率为10⁵赫兹，功率为1-1000瓦，焊头振幅为10-1000纳米，氧化锌纳米线与电极材料发生原子的互扩散而形成牢固可靠的低电阻接触。

附图说明

图1是本发明所涉及的一种纳米呼吸传感器的结构示意图。

图2是本发明所述电泳法制备的纳米呼吸传感器的扫描电子显微镜图。

图3是本发明所述的纳米呼吸传感器测试正常呼吸的电流曲线。

图4是本发明所述的纳米呼吸传感器测试非正常呼吸的电流曲线。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1、

一种纳米呼吸传感器，其包括敏感单元1、恒压电源2、放大器3、模拟/数字转换器4、单片机5、液晶显示器6、存储器7和报警装置8；敏感单元1的一端接入恒压电源2，另一端接入放大器3，电流放大后经模拟/数字转换器4接入单片机5，信号经处理后可由存储器7进行存储，并由液晶显示器6进行显示，并可通过报警装置8对异常信号进行报警；其中敏感单元1包括衬底9、分布在衬底上的微电极对10和搭接在微电极对间的敏感元件氧化锌纳米线11，敏感元件与微电极对之间形成牢固可靠的低电阻接触；制备方法包括：