[发明专利]一种开放式、阵列化、集成化的电化学气体传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学气体传感器，具体涉及一种基于共烧工艺技术的开放式、阵列化、集成化的电化学气体传感器。

背景技术

现有的电化学气体传感器包括两个或三个和电解液接触的电极，分别为感应电极、辅助电极和参比电极，通常感应电极分散在多孔透气膜处，目标气体通过透气膜在该电极上反应，平衡反应发生在辅助电极上，电解液支持相关反应。通过感应电极发生反应输出与环境目标气体浓度相关信号。这些原理是公知的并且已有记载。

电化学气体传感器已经广泛应用于工业环境、空气质量、密闭环境等气体种类、浓度检测，但目前电化学气体传感器受到传统传感器结构工艺限制，存在灵敏度低、选择性差的问题，且传感器难以实现小型化，难以形成集成化、阵列化设计，进一步限制了可用的选择性。

发明内容

本发明的目的是为了解决电化学气体传感器的灵敏度低、选择性差、难以形成阵列化和集成化的问题，从而提供一种开放式、阵列化、集成化的电化学气体传感器及其制造方法。

本发明的一种开放式、阵列化、集成化的电化学气体传感器，包括多个传感单元，多个传感单元阵列排布，且集成一体，每个传感单元包括上电极层1、电解池层2、下电极层3和引出层5；

上电极层1、电解池层2、下电极层3和引出层5依次对位叠层；

上电极层1的基片上设有第一电解池通孔1-1、第一引线1-4、第一过孔1-2和催化电极1-3；催化电极1-3通过第一引线1-4与第一过孔1-2连通，催化电极1-3半封闭式覆盖第一电解池通孔1-1；

电解池层2的基片上设有第二电解池通孔2-1和第二过孔2-2；第一电解池通孔1-1和第二电解池通孔2-1相通，形成电解池腔，第二过孔2-2与第一过孔1-2连通；

下电极层3的基片上设有对电极3-1、第二引线3-6、第三过孔3-4和第四过孔3-5；对电极3-1位于电解池腔正下方，对电极3-1通过第二引线3-6与第三过孔3-4连通，第四过孔3-5与第二过孔2-2连通；

引出层5的基片上设有第一引出端5-1和第二引出端5-2；

第一引出端5-1与第四过孔3-5连通，第二引出端5-2与第三过孔3-4连通。

优选的是，下电极层3的基片上还设有参比电极3-2、第三引线3-7和第五过孔3-3；参比电极3-2为半封闭圆环，对电极3-1位于半封闭圆环内，参比电极3-2通过第三引线3-7与第五过孔3-3连通；

引出层5的基片上还设有第三引出端5-3；

第三引出端5-3与第五过孔3-3连通。

优选的是，还包括形成于下电极层3和引出层5之间的温度控制层4；

温度控制层4的基片上设有加热电阻条4-1、第六过孔4-1-1、第七过孔4-1-2、第八过孔4-2、第九过孔4-3和第十过孔4-4；

加热电阻条4-1位于对电极3-1正下方，加热电阻条4-1的一端与第六过孔4-1-1连接、加热电阻条4-1的另一端与第七过孔4-1-2连接，第八过孔4-2与第五过孔3-3连通，第九过孔4-3与第三过孔3-4连通，第十过孔4-4与第四过孔3-5连通；

引出层5的基片上还设有第四引出端5-4和第五引出端5-5；

第四引出端5-4与第六过孔4-1-1连通，第五引出端5-5与第七过孔4-1-2连通，第一引出端5-1通过第十过孔4-4与第四过孔3-5连通，第二引出端5-2通过第九过孔4-3与第三过孔3-4连通，第三引出端5-3通过第八过孔4-2与第五过孔3-3连通。

优选的是，电解池腔内填充多孔载体，催化电极1-3固定在多孔载体上，多孔载体内盛装电解液。

优选的是，所述电解液为离子电解液。

优选的是，催化电极1-3的浆料中包括成孔剂。

本发明的一种开放式、阵列化、集成化的电化学气体传感器的制造方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、制作四层基片，用于形成上电极层1、电解池层2、下电极层3和引出层5；

在所述四层基片上制作电极、过孔和功能孔，形成多个传感单元，每个传感单元的制作方法包括：

在上电极层1的基片上制作第一电解池通孔1-1、第一引线1-4和第一过孔1-2，第一引线1-4与第一过孔1-2连通；

在电解池层2的基片上制作第二电解池通孔2-1和第二过孔2-2；第一电解池通孔1-1和第二电解池通孔2-1相通，形成电解池腔，第二过孔2-2与第一过孔1-2连通；