[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

说明书

本发明提供了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，该气体传感架构包括：第一气体吸附层、第二气体吸附层、周期微纳米金属层、支撑层和功能层；功能层为透明导电薄膜，透明导电薄膜的载流子浓度≥1×10supgt;19/supgt;cmsupgt;‑3/supgt;；第一气体吸附层、周期微纳米金属层、支撑层和功能层依次叠加组成光学模块；光学模块用于利用外部的红外光源与探测器对目标待检测气体的浓度进行检测；其中，光学模块中的功能层用于反射红外光；第二气体吸附层和功能层组成电学模块；其中，电学模块用于根据功能层的阻值变化，利用外部的检测器对目标待检测气体的浓度进行检测。本发明提供的基于气体传感架构的传感器具有高灵敏度和大量程。

技术领域

本发明涉及气体传感器技术领域，特别涉及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。

背景技术

随着空气污染问题日益严重，空气质量已成为全球议题，因此加强对气体污染物的监测尤为重要。红外气体检测技术具有测量范围宽，精度高，选择性好，不会中毒，使用寿命长，功耗低，便于操作和维护等优点，正逐渐替代电化学、催化燃烧等传统传感器，在煤矿、石油化工、天然气管道、工厂以及公共场所等工业、民用和环境监测领域得到广泛的普及和应用。

随着人们对生活和生产环境质量的重视，对红外气体传感器的性能要求越来越高，当前传统的光源-气体腔-红外探测器的红外气体传感器构架，对于被检测气体稀薄、浓度低的情况下，便无法获得可靠的检测或者根本无法完成检测。同时现有气体传感器无法兼顾从高浓度到微量浓度的大量程情况，且在该情况下，红外气体传感器存在探测水平较低，灵敏度不高，无法探测超低浓度的气体和量程小的不足。因此急需一种具有更高灵敏度和更大量程的气体传感器。

发明内容

本发明提供了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，该气体传感架构能够为传感器提供高探测水平、高灵敏度和大量程。

第一方面，本发明提供了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，所述气体传感架构包括：第一气体吸附层、第二气体吸附层、周期微纳米金属层、支撑层和功能层；

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；

所述周期微纳米金属层用于激发表面等离子体近场；

所述支撑层用于支撑所述周期微纳米金属层；

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；

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。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，所述超表面阵列的阵元结构的二维尺寸为0.5～5μm；相邻阵元的间隔距离为0.1～5μm。

可选地，所述周期微纳米金属层采用金、银、铂金或铝。

可选地，所述周期微纳米金属层的厚度为20～100nm。