專利名稱：氣體傳感器及其制備方法
氣體傳感器及其制備方法本發(fā)明涉及用于檢測空氣中氣體、特別是檢測甲醛的氣體傳感器，以及制備該傳感器的方法。甲醛是一種在工業(yè)中廣泛應用的化學化合物。它被應用于生產(chǎn)塑料、在木材加工過程中作為膠合板和木屑板的膠粘劑、在建筑工業(yè)中作為絕熱體、在紡織工業(yè)中用于防皺和易護理整理以及在農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)中作為防腐劑。甲醛作為消毒劑使用，且此外它包含在化妝品、身體護理品和口腔護理品中以及部分包含在色料、漆料和地毯中(I)。此外，甲醛在不完全燃燒過程中產(chǎn)生。舉例來說，其存在于機動車的內(nèi)燃機中，鑄造車間中，塑料制品的生產(chǎn)或小型燃燒設備中的木材燃燒過程中。在冒煙時也以這種方式產(chǎn)生甲醛，其造成空氣的污染(I)。甲醛是一種氣態(tài)物質，它會引起健康問題如眼睛酸痛或黏膜刺激。短時間暴露哪怕是低濃度也會引起眼睛和呼吸器官的刺激:自0.0lppm起刺激眼睛，自0.08ppm起刺激眼睛和鼻子，而自0.5ppm起刺激咽喉。超過IOppm的高濃度蒸氣會導致嚴重的黏膜刺激狀態(tài)，伴隨著流淚、咳嗽和鼻子及鼻子和咽喉的灼痛。濃度超過30ppm時會引起中毒性肺水腫和危及生命的肺炎(I)。甲醒引起的慢性作用有心理障礙(如失眠、疲乏、無精打采(Antriebsverlust)、食欲不振或緊張不安)、眼睛刺激和結膜炎、皮膚刺激、慢性咳嗽、感冒和支氣管炎、頭疼、抑郁等等。此外，甲醛還會引起過敏，且一段時間來被懷疑可能引起人類的癌癥以及遺傳基因改變和損害胎兒(fruclitschikiigend)由于這些原因，德國聯(lián)邦衛(wèi)生局提出工作場所的最高濃度(MAK)為0.3ppm(0.375mg/m3)?？紤]到長期暴露于其中，室內(nèi)的標準值甚至僅為
0.1ppm (0.125mg/m3) (2)。由于這些原因，對空氣中的甲醛有效且快速的檢測和測量具有重要意義。現(xiàn)有技術中有幾種檢測空氣中甲醛的方法(對已知的方法的綜述有例如H.Nishikawa 和 T.Sakai 的出版物(3))。舉例來說，GC和HPLC分析屬于分析的標準方法。為了進行工作場所風險的評估，NIOSH(國立職業(yè)安全與健康研究所)標準化了幾種用于檢測空氣中甲醛的分析方法。舉例來說，在NIOSH方法2016中使試樣空氣通過由涂有二硝基苯肼(DNPH)的硅膠制成的媒質?；瘜W反應導致生成腙，其作為穩(wěn)定的衍生物可以通過HPLC、GC/FID、GC/E⑶或二極管陣列檢測器來識別和定量測定(4)。NIOSH方法2541是基于GC/FID分析。在此，使試樣空氣通過施涂了 2-羥甲基哌啶(2-HMP)的小管。樣品中的甲醛與2-HM反應產(chǎn)生噁唑烷衍生物，其隨后脫附并在氣相色譜中進行分析(5)。NIOSH方法3500是基于光譜測定。在此，在硫酸的存在下甲醛和兩個分子的變色酸縮合反應而產(chǎn)生了紅色的碳正離子。隨后，通過在580nm測定進行光譜檢測(6)。這些分析方法的一個主要缺點是空氣樣品必須復雜地準備以實現(xiàn)甲醛的衍生化，并且實際的測量僅可以在專用實驗室進行。使用這些方法不能進行在線的檢測。除了這些分析方法外，現(xiàn)有技術中還已知一系列的儀器方法?；诩兹┑碾婋x電位為10.87eV，其可以在經(jīng)氬燈電離后通過光離子化檢測器檢測。這種方法的主要缺點也在于其復雜性。另一種檢測甲醛的方法是基于電化學電池。該方法的缺點在于測量需要的儀器非常昂貴。此外，測量儀器需要定期重新校準，并且電池的使用壽命被限制為不足一年。另外，在現(xiàn)有技術中有基于熒光的用于檢測甲醛的方法，例如基于Hanzsch反應的檢測方法。盡管這種方法具有相對高的選擇性，然而其相應的測量儀器非常昂貴。另外一個缺點是空氣試樣需要復雜地準備，其中為了測量將甲醛相應地衍生化(7)。為了衍生化和隨后分析甲醛，上述提到的檢測甲醛的方法要求高的設備投入，因此這些方法只能在大型實驗室中進行，并且只有在長時間的準備過程后才能知道結果。在現(xiàn)有技術中已知一種基于MOX的方法，其能夠在線確定甲醛的濃度。在此，試樣中的甲醛與金屬氧化物傳感器反應，由此改變其傳導性。由Zn、N1、Sn、Cd、In和其它金屬不同組合的氧化物構成的敏感層用作傳感器。表I中給出了迄今已知的用于甲醛檢測的金屬氧化物的概覽，并說明其檢測范圍和作者。表1:現(xiàn)有技術中已知的迄今用于甲醛檢測的金屬氧化物。
權利要求
1.檢測氣體的傳感器，包括至少一個施加到基材上的氣體敏感區(qū)域，其特征在于該氣體敏感區(qū)域包含三元化合物In4Sn3O12O
2.根據(jù)權利要求1的傳感器，其特征在于所述至少一個氣體敏感區(qū)域以層的形式形成。
3.根據(jù)上述權利要求任一的傳感器，其特征在于所述至少一個氣體敏感區(qū)域以火焰噴射熱解方法(FSP)施加。
4.制備根據(jù)權利要求1-3任一的傳感器的方法，其中氣體敏感區(qū)域通過火焰噴射熱解(FSP)產(chǎn)生。
5.根據(jù)權利要求4的方法，其特征在于將溶于有機溶劑中的銦和錫的金屬有機化合物用作原材料。
6.根據(jù)權利要求4至5任一的方法，其特征在于所述原材料為乙酰丙酮銦或2-乙基己酸錫。
7.根據(jù)權利要求6的方法，其特征在于所述原材料乙酰丙酮銦和2-乙基己酸錫分別以0.05-0.7摩爾濃度的相同濃度使用。
8.根據(jù)權利要求1-3任一的傳感器用于在線氣體檢測的應用。
9.根據(jù)權利要求1-3任一的傳感器用于甲醛檢測的應用。
10.根據(jù)權利要求1-3任一的傳感器用于家居區(qū)域或企業(yè)的氣體檢測的應用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測空氣中氣體，特別是甲醛的氣體傳感器。該傳感器包括至少一個氣體敏感區(qū)域，其優(yōu)選為基材上的層且其含有三元化合物In4Sn3O12作為氣體敏感材料。使用火焰噴射熱解(FSP)來制備氣體敏感區(qū)域，其中使用銦和錫的金屬有機化合物作為原料。該氣體傳感器特別適用于在線氣體檢測。
文檔編號G01N27/12GK103221809SQ201180034515
公開日2013年7月24日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權日2010年7月13日
發(fā)明者N·巴桑, U·維馬, J·科姆勒, L·馬伊德勒, S·波克雷 申請人:圖賓根埃伯哈德·卡爾斯大學, 不來梅大學