[发明专利]一种快速响应的一氧化碳气体传感器及制备工艺

说明书

本发明公开了一种快速响应的一氧化碳气体传感器及制备工艺，涉及半导体气体传感器技术领域，包括：底层聚酰亚胺柔性基底、表层聚氨酯涂层、高精度银电极以及表层TrGO传感材料层。本发明利用印刷电子器件技术，传感涂层厚度被降到最低，降低了器件材料成本与物理体积，有效地提高了传感器的灵敏度和响应/恢复时间；并且本发明的制备工艺基于柔性电子印刷技术，在卷对卷打印机基础上，使用了挤压夹缝式印刷头、凸版印刷头以刮涂印刷头，最大化提升了器件印刷精度，缩小器件大小，器件外形可变，实现了完全客制化。

技术领域

本发明涉及半导体气体传感器领域，尤其涉及一种快速响应的一氧化碳气体传感器及制备工艺。

背景技术

一氧化碳是一种无色、无臭、无刺激性的气体，通常由含碳物质未完全燃烧的产生，或是液化气管道泄漏、工业生产煤气以及煤炭开采中产生，一氧化碳同时也是一种易燃易爆危险气体，与空气的混合爆炸极限为12％～75％，此外，一氧化碳与血液中的血红蛋白结合，其亲和力比氧气与血红蛋白的亲和力大200多倍，当短时间内吸入过多一氧化碳时，会导致组织缺氧，产生中毒症状，严重时会导致神经系统的严重损害甚至死亡。因此，在日常空气质量检测、危化品运输气体监测以及工业环境安全监测领域都需要检测监控一氧化碳气体的浓度。

现有技术中一氧化碳气体传感器的种类繁多，目前工业广泛使用的气体监测手段为红外光谱式气体传感器。该方式对气体传感准确度高，响应准确。但是受制于原理与仪器外形限制，需要有红外激光发射器，红外激光接收器以及光谱处理芯片模组。所以使用该方法成本高、器件体积大，对于工况也有一定要求。传统的一氧化碳气体传感器的存在传感性能低、信号强度低(灵敏度低)、信号响应/恢复速度慢；并且使用耗能高，需要高温200-400摄氏度传感；材料寿命短，高温工况显著降低传感材料寿命以及物理外形固定，基于传统硅片半导体制造技术，外表坚硬，器件无法形变等缺陷，无法满足工业生产的需要。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种快速响应的一氧化碳气体传感器，优化柔性电子印刷工艺，降低传感材料涂层厚度，为器件物理外形提供更多灵活度。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何优化柔性电子印刷工艺，适应器件的物理外形。

为实现上述目的，本发明提供了一种快速响应的一氧化碳气体传感器，包括：底层聚酰亚胺柔性基底、表层聚氨酯涂层、高精度银电极以及表层TrGO传感材料层。

进一步地，所述底层聚酰亚胺柔性基底、表层聚氨酯涂层以及高精度银电极的墨水通过供应商采购。

进一步地，本发明提供了一种快速响应的一氧化碳气体传感器的制备工艺，包括：1)准备聚酰亚胺柔性基底、2)印刷聚氨酯涂层、3)印刷银电极、4)刷TrGO传感材料层。

进一步地，所述步骤1)包括：将聚酰亚胺柔性基底安装在卷对卷打印机滚轮上。

进一步地，所述步骤2)包括：将聚氨酯涂料装入涂料泵中，聚氨酯涂料的稠度为1200-1600cPs，墨水泵流量设定为100微升/分钟，另外设定滚轮速度为60厘米/分钟，并安装挤压夹缝式印刷头；印刷时先开启墨水泵，后启动卷对卷打印机滚轮。

进一步地，所述步骤2)印刷聚氨酯涂层完成后，被滚轴旋转、转移至烘箱内120摄氏度加热15分钟烧结。

进一步地，所述步骤3)包括：取下挤压夹缝式印刷头，换上凸版印刷头，将银墨水装填到板台上，设定滚轮速度为60厘米/分钟，直到银电极刷满柔性基底。

进一步地，所述步骤3)完成后，银电极被滚轴旋转、转移至烘箱内120摄氏度加热30分钟烧结。