[发明专利]一种基于高载流子浓度导电薄膜的气体传感架构及传感器

权利要求书

1.一种基于高载流子浓度导电薄膜的气体传感架构，应用于传感器中，其特征在于，包括：依次排列的第一气体吸附层、周期微纳米金属层、支撑层、功能层和第二气体吸附层；

所述第一气体吸附层和所述第二气体吸附层均用于吸附富集目标待检测气体；所述第一气体吸附层和所述第二气体吸附层均为金属有机骨架膜、介孔二氧化硅膜材料或聚苯胺纤维；所述第一气体吸附层和所述第二气体吸附层的厚度均为0.1~1μm；

所述周期微纳米金属层用于激发表面等离子体近场；所述周期微纳米金属层采用金、银、铂金或铝；

所述支撑层用于支撑所述周期微纳米金属层；所述支撑层采用蓝宝石或金刚石；

所述功能层为透明导电薄膜，所述透明导电薄膜的载流子浓度≥1×10¹⁹cm^-3；当所述目标待检测气体为还原性气体时，所述功能层为N型半导体气敏材料；当所述目标待检测气体为氧化性气体时，所述功能层为P型半导体气敏材料；

所述第一气体吸附层、所述周期微纳米金属层、所述支撑层和所述功能层依次叠加组成光学模块；

所述光学模块用于利用外部的红外光源与探测器对所述目标待检测气体的浓度进行检测；其中，所述光学模块中的功能层用于反射红外光；

所述第二气体吸附层和所述功能层组成电学模块；其中，所述电学模块用于根据所述功能层的阻值变化，利用外部的检测器对所述目标待检测气体的浓度进行检测。

2.根据权利要求1所述的气体传感架构，其特征在于：

所述周期微纳米金属层由至少一个超表面阵列组成；其中，每个超表面阵列的阵元结构各不相同，且每个超表面阵列分别对应一种气体。

3.根据权利要求1所述的气体传感架构，其特征在于：

所述周期微纳米金属层的厚度为20~100nm。

4.根据权利要求1所述的气体传感架构，其特征在于：

所述支撑层的厚度为100~500nm。

5.根据权利要求1所述的气体传感架构，其特征在于：

所述功能层的厚度为100~500μm。

6.一种基于高载流子浓度导电薄膜的传感器，其特征在于，包括：红外光源、探测器、检测器、检测室和基于权利要求1至5中任一所述的气体传感架构；

所述气体传感架构位于所述检测室内；所述检测室分别与所述红外光源、所述探测器和所述检测器相连接；

所述红外光源用于发出红外光；

所述探测器用于在目标待检测气体通过所述气体传感架构时，接收所述红外光通过所述光学模块的光吸收变化信息，以完成对所述目标待检测气体的浓度检测，获得第一检测结果；

所述检测器用于在目标待检测气体通过所述气体传感架构时，获取所述电学模块中所述功能层的阻值变化，以完成对所述目标待检测气体的浓度检测，获得第二检测结果。

7.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，

所述检测室的两端分别设置有进气口和出气口；其中，待检测气体由所述进气口进入所述检测室，并由所述出气口排出；所述待检测气体中包括所述目标待检测气体；

所述出气口的截面积小于所述进气口的截面积；

所述检测室的壳体内侧表面为金膜；

和/或

所述传感器还包括：加热模块；

所述检测室内设置有所述加热模块；其中，所述加热模块用于加热所述待检测气体以及为所述气体传感架构提供工作温度。

8.根据权利要求6或7所述的传感器，其特征在于：

所述气体传感架构的检测量程由所述探测器的检测量程和所述检测器的检测量程取并集得到；和/或

所述传感器还包括：处理模块；

所述处理模块用于根据所述第一检测结果和所述第二检测结果，确定目标检测结果；

当所述第一检测结果和所述第二检测结果均位于所述探测器的检测量程和所述检测器的检测量程的交集内，且所述第一检测结果和所述第二检测结果之差小于预设误差阈值时，所述目标检测结果为所述第一检测结果或所述第二检测结果；

当所述第一检测结果大于所述第二检测结果，且所述第一检测结果大于所述检测器的检测量程的最大值时，所述目标检测结果为所述第一检测结果；

当所述第一检测结果大于所述第二检测结果，且所述第二检测结果小于所述探测器的检测量程的最小值时，所述目标检测结果为所述第二检测结果。