專利名稱：一種甲醛氣體傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種氣體傳感器，特別是指一種甲醛氣體傳感器。
背景技術(shù)：
刨花板、密度板等人造板材，膠粘劑、墻紙等裝修材料，化纖紡織品、消毒劑等日常生活用品都會(huì)散發(fā)出甲醛，液化石油氣等石化燃料不完全燃燒也會(huì)釋放出甲醛，因此在空氣中會(huì)存在一定的甲醛，超過一定濃度的甲醛會(huì)對(duì)人體造成傷害(我國(guó)的國(guó)家室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定甲醛最高允許濃度為0. 08mg/m3)。為保證人身安全，就需要對(duì)空氣中的甲醛濃度進(jìn)行檢測(cè)。以前的監(jiān)測(cè)方法是先現(xiàn)場(chǎng)采樣，再進(jìn)行室內(nèi)分析，這種監(jiān)測(cè)方法操作繁瑣、測(cè)定時(shí)間長(zhǎng)，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)大批測(cè)定的監(jiān)測(cè)需求。 發(fā)明專利CN101349669A公開了 一種在現(xiàn)場(chǎng)即可對(duì)甲醛濃度進(jìn)行檢測(cè)的甲醛氣體傳感器，其包含一基板、一電極層及一氣體感測(cè)層，該基板由絕緣材料制成，該電極層設(shè)置于該基板的一側(cè)，該氣體感測(cè)層至少由氧化鎳(NiO)制成，該氣體感測(cè)層設(shè)置于該電極層的一側(cè)，使該電極層介于該基板及氣體感測(cè)層之間，該氣體感測(cè)層的厚度介于0. 3至0. 52iim，電極層包含一個(gè)用于催化氣體的感測(cè)電極組及一個(gè)用于加熱該氣體感測(cè)層的加熱電極組。加熱電極組將氣體感測(cè)層加熱到一定溫度，甲醛氣體傳感器才能對(duì)甲醛氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 上述甲醛氣體傳感器具有下述缺點(diǎn)一、加熱電極組必須將氣體感測(cè)層加熱到很高的溫度(300攝氏度)，甲醛氣體傳感器才能進(jìn)行正常監(jiān)測(cè)。這樣會(huì)消耗很多能量，造成能源浪費(fèi)。二、空氣中的其他氣體會(huì)影響甲醛傳感器檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性?？諝庵械木凭?C2H50H)成分經(jīng)感測(cè)電極組也會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，生成電流信號(hào)，導(dǎo)致檢測(cè)到的甲醛濃度高于空氣中甲醛濃度?？諝庵械陌睔鈺?huì)占據(jù)感測(cè)電極組的活性位，降低傳感器的靈敏度，導(dǎo)致檢測(cè)到的甲醛濃度低于室內(nèi)空氣中甲醛濃度。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種甲醛氣體傳感器，其在常溫下就能對(duì)甲醛氣體進(jìn)行檢測(cè)，而且減少空氣中其他氣體的影響，檢測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確。 本發(fā)明提供的一種甲醛氣體傳感器，包括進(jìn)氣外殼101、過濾層107、支撐外殼102、膜電極復(fù)合體104、工作電極引線105A和對(duì)電極引線105B，其中， 支撐外殼102和可嵌入其中的進(jìn)氣外殼101構(gòu)成一個(gè)中空的閉合外殼，對(duì)置于其中的膜電極復(fù)合體104進(jìn)行支撐，進(jìn)氣外殼101的外部設(shè)置過濾層107，其允許甲醛氣體進(jìn)入進(jìn)氣外殼101的進(jìn)氣口 ； 膜電極復(fù)合體104包括固態(tài)電解質(zhì)和分別設(shè)置在固態(tài)電解質(zhì)兩側(cè)的由貴金屬催化劑制成的工作電極和對(duì)電極，工作電極引線105A與工作電極連接，對(duì)電極引線105B與對(duì)電極連接。 由上可知，采用上述技術(shù)方案的甲醛氣體傳感器，在常溫下就能對(duì)甲醛氣體進(jìn)行空氣中其他氣體的影響，檢測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確。 其中，所述過濾層107由分子篩、活性炭或炭紙中的一種或幾種制成。 由上可知，由分子篩、活性炭或炭紙中的一種或幾種制成的過濾層107可以有效
阻止雜質(zhì)氣體的進(jìn)入，減少雜質(zhì)氣體對(duì)檢 其中，所述貴金屬催化劑為鉑、鈀、銠、金、銀、釕中的一種或幾種。 由上可知，貴金屬催化劑鉑、鈀、銠、銀、金、釕在室溫下，對(duì)甲醛具有較佳的催化活性。 較佳的，所述固態(tài)電解質(zhì)采用質(zhì)子交換膜。 由上可知，質(zhì)子交換膜體積小，采用質(zhì)子交換膜作為固態(tài)電解質(zhì)可以減小甲醛傳感器的體積。 其中，所述質(zhì)子交換膜為強(qiáng)酸處理過的全氟磺酸質(zhì)子交換膜。 由上可知，全氟磺酸質(zhì)子交換膜具有轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn)，固態(tài)電解質(zhì)采用全氟磺酸質(zhì)子交換膜，可以減少甲醛氣體傳感器的響應(yīng)時(shí)間。且強(qiáng)酸處理過的全氟磺酸質(zhì)子交換膜不易受外界濕度變化的影響，可降低相對(duì)濕度對(duì)甲醛傳感器輸出信號(hào)的干擾，提高甲醛傳感器輸出信號(hào)的準(zhǔn)確性。 其中，所述全氟磺酸質(zhì)子交換膜的酸濃度為40 75%。 由上可知，酸濃度為40 75%的全氟硫磺質(zhì)子交換膜，能更好的降低相對(duì)濕度對(duì)甲醛傳感器輸出信號(hào)的干擾，提高甲醛傳感器輸出信號(hào)的準(zhǔn)確性。 較佳的，還包括設(shè)置在膜電極復(fù)合體104的兩側(cè)的第一多孔墊片103A和第二多孔墊片103B。 由上可知，在膜電極復(fù)合體104的兩側(cè)設(shè)置第一多孔墊片103A和第二多孔墊片103B，可以使第一電極引線105A與工作電極固定及緊密的接觸，有利于電荷傳遞。
其中，還包括引線固定件106，用于將工作電極引線105A和對(duì)電極引線105B的引出端固定在支撐外殼102內(nèi)。 由上可知，由引線固定件106將第一電極弓I線105A和第二電極弓|線105B的引出端固定在支撐外殼102上，可以對(duì)第一電極引線105A和第二電極引線105B起到保護(hù)作用，使甲醛氣體傳感器不易損壞。 其中，所述進(jìn)氣外殼IOI的進(jìn)氣口為網(wǎng)格型多孔進(jìn)氣口。
由上可知，采用網(wǎng)格型多孔進(jìn)氣口有利于甲醛氣體擴(kuò)散進(jìn)入。


圖1為本發(fā)明甲醛氣體傳感器的結(jié)構(gòu)示意 圖2為膜電極復(fù)合體的結(jié)構(gòu)原理 圖3為本發(fā)明甲醛氣體傳感器的主視圖； 圖4為本發(fā)明甲醛氣體傳感器的主視圖的A-A方向剖視示意 圖5本發(fā)明甲醛氣體傳感器的主視圖的B-B方向剖視示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖l為本發(fā)明甲醛氣體傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖l所示，本發(fā)明提供的甲醛氣體
4傳感器包括進(jìn)氣外殼101、過濾層107、支撐外殼102、第一多孔墊片103A、第二多孔墊片103B、膜電極復(fù)合體104、工作電極引線105A、對(duì)電極引線105B和引線固定件106，其中，
進(jìn)氣外殼101采用網(wǎng)格型多孔進(jìn)氣口結(jié)構(gòu)，采用這種結(jié)構(gòu)有利于甲醛氣體擴(kuò)散進(jìn)入。 進(jìn)氣外殼101的外部設(shè)置過濾層107，用于過濾空氣中的酒精、氨氣等氣體。該過濾層107可以由只允許甲醛氣體通過的分子篩制成。減少雜質(zhì)氣體對(duì)檢測(cè)的干擾，可以保證甲醛傳感器檢測(cè)結(jié)果的更加準(zhǔn)確。 支撐外殼102和嵌入其中的進(jìn)氣外殼101構(gòu)成一個(gè)中空的外殼整體，其用于對(duì)置于其中的其他部件起到支撐保護(hù)作用，參見圖3所示。 膜電極復(fù)合體104設(shè)置在支撐外殼102和進(jìn)氣外殼101構(gòu)成的外殼整體中，膜電極復(fù)合體104包括工作電極、固態(tài)電解質(zhì)和對(duì)電極，如圖2所示。本例中采用全氟磺酸質(zhì)子交換膜作為固態(tài)電解質(zhì)，全氟磺酸質(zhì)子交換膜具有體積小、轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)。本例中采用浸漬還原法在全氟磺酸質(zhì)子交換膜上鍍鉑(Pt)，以在全氟磺酸質(zhì)子交換膜的兩個(gè)面分別形成電阻為1 30歐姆，最好是5 7歐姆的工作電極和對(duì)電極。鉑對(duì)甲醛有較高的催化活性，其在常溫下就可以催化甲醛發(fā)生脫氫反應(yīng)，因此由鉑形成的工作電極不需要加熱就可以工作，這樣就減少了加熱裝置，不僅降低了傳感器的制造成本，而且節(jié)約了因加熱部分而使用能源。 第一多孔墊片103A和第二多孔墊片103B設(shè)置在膜電極復(fù)合體104的兩側(cè)，第一
多孔墊片103A用于使甲醛氣體充分、均勻的與工作電極接觸，第二多孔墊片103B用于使空
氣充分、均勻的與對(duì)電極接觸，提高傳感器的響應(yīng)時(shí)間以及輸出信號(hào)的穩(wěn)定性。 第一多孔墊片103A還用于使工作電極引線105A與工作電極固定及緊密的接觸，
第二多孔墊片103B還用于使對(duì)電極引線105B與對(duì)電極固定及緊密的接觸，有利于電荷傳遞。 參考圖4和圖5所示的剖視圖，工作電極和第一多孔墊片103A之間設(shè)置由鉑制成的工作電極引線105A，電極引線的一端與工作電極連接，另一端引出；對(duì)電極和第二多孔墊片103B之間設(shè)置由鉑制成的對(duì)電極引線105B，電極引線的一端與工作電極連接，另一端引出。 引線固定件106用于將工作電極引線105A和對(duì)電極引線105B的引出端固定在支撐外殼102內(nèi)。 下面對(duì)本發(fā)明提供的甲醛氣體傳感器的工作原理進(jìn)行介紹。 甲醛氣體經(jīng)進(jìn)氣外殼101的進(jìn)氣口進(jìn)入甲醛氣體傳感器后與工作電極接觸，在工作電極的催化作用下，甲醛發(fā)生脫氫反應(yīng)，產(chǎn)生質(zhì)子(H+)和電子(e—)，化學(xué)反應(yīng)方程式所示如下，HCHO+H20 — C02+4H++4e—。 質(zhì)子(H+)通過全氟磺酸質(zhì)子交換膜傳導(dǎo)到對(duì)電極，到達(dá)對(duì)電極的質(zhì)子(H+)與空氣中的氧氣(02)反應(yīng)生成水0120)，化學(xué)反應(yīng)方程式所示如下，02+411++46—— 2H20。
因工作電極的水濃度較低，生成的水從水濃度高的對(duì)電極遷移到工作電極。
由上可知，總的化學(xué)反應(yīng)方程式HCHO+02 — C02+H20 工作電極上的電子通過工作電極引線105A、外部電路和對(duì)電極引線105B傳導(dǎo)到對(duì)電極，電子的流動(dòng)產(chǎn)生電流，根據(jù)工作電極和對(duì)電極之間的電流信號(hào)的強(qiáng)弱可以檢測(cè)甲
5醛氣體的濃度。 本發(fā)明提供的甲醛傳感器制作成本低廉、響應(yīng)時(shí)間短、靈敏度高，可在室溫下檢測(cè)0 0. 5ppm濃度范圍內(nèi)的甲醛。 空氣的相對(duì)濕度對(duì)甲醛傳感器的檢測(cè)具有一定的影響。通常，當(dāng)空氣的相對(duì)濕度< 25%時(shí)，相對(duì)濕度越小甲醛傳感器的檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差越大；當(dāng)相對(duì)濕度> 75%，相對(duì)濕度越大甲醛傳感器的檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差越大。 為減小空氣的相對(duì)濕度對(duì)甲醛傳感器的檢測(cè)結(jié)果的影響，可以使用硫酸、磷酸或
硝酸等對(duì)全氟磺酸質(zhì)子交換膜進(jìn)行酸處理。由于酸具有保水性，在酸到達(dá)一定濃度后，酸的
濕度不易受外界濕度變化的影響，酸濃度為40 75%的全氟磺酸質(zhì)子交換膜可降低相對(duì)
濕度對(duì)甲醛傳感器輸出信號(hào)的干擾，提高甲醛傳感器輸出信號(hào)的準(zhǔn)確性。 本發(fā)明中的工作電極和對(duì)電極也可以由在固態(tài)電解質(zhì)上鍍覆其它貴金屬，如鈀、
金等形成。工作電極引線105A和對(duì)電極引線105B也可以有其他金屬制成，例如銀、銅。過
濾層107也可以由炭紙、活性炭等多孔材料制成。
權(quán)利要求
一種甲醛氣體傳感器，其特征在于，包括進(jìn)氣外殼(101)、過濾層(107)、支撐外殼(102)、膜電極復(fù)合體(104)、工作電極引線(105A)和對(duì)電極引線(105B)，其中，支撐外殼(102)和可嵌入其中的進(jìn)氣外殼(101)構(gòu)成一個(gè)中空的閉合外殼，對(duì)置于其中的膜電極復(fù)合體(104)進(jìn)行支撐，進(jìn)氣外殼(101)的外部設(shè)置過濾層(107)，其允許甲醛氣體進(jìn)入進(jìn)氣外殼(101)的進(jìn)氣口；膜電極復(fù)合體(104)包括固態(tài)電解質(zhì)和分別設(shè)置在固態(tài)電解質(zhì)兩側(cè)的由貴金屬催化劑制成的工作電極和對(duì)電極，工作電極引線(105A)與工作電極連接，對(duì)電極引線(105B)與對(duì)電極連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的甲醛氣體傳感器，其特征在于，所述過濾層(107)由分子篩、活性炭或炭紙中的一種或幾種制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的甲醛氣體傳感器，其特征在于，所述貴金屬催化劑為鉑、鈀、銠、金、銀、釕中的一種或幾種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的甲醛氣體傳感器，其特征在于，所述固態(tài)電解質(zhì)采用質(zhì)子交換膜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的甲醛氣體傳感器，其特征在于，所述質(zhì)子交換膜為強(qiáng)酸處理過的全氟磺酸質(zhì)子交換膜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的甲醛氣體傳感器，其特征在于，所述全氟磺酸質(zhì)子交換膜的酸濃度為40 75%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲醛氣體傳感器，其特征在于，還包括設(shè)置在膜電極復(fù)合體(104)的兩側(cè)的第一多孔墊片(103A)和第二多孔墊片(103B)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的甲醛氣體傳感器，其特征在于，還包括引線固定件(106)，用于將工作電極引線(105A)和對(duì)電極引線(105B)的引出端固定在支撐外殼(102)內(nèi)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的甲醛氣體傳感器，其特征在于，所述進(jìn)氣外殼(101)的進(jìn)氣口為網(wǎng)格型多孔進(jìn)氣口。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種甲醛氣體傳感器，包括進(jìn)氣外殼、過濾層、支撐外殼、膜電極復(fù)合體、工作電極引線和對(duì)電極引線，其中，支撐外殼和可嵌入其中的進(jìn)氣外殼構(gòu)成一個(gè)中空的閉合外殼，對(duì)置于其中的膜電極復(fù)合體進(jìn)行支撐，進(jìn)氣外殼的外部設(shè)置過濾層，其允許甲醛氣體進(jìn)入進(jìn)氣外殼的進(jìn)氣口；膜電極復(fù)合體包括固態(tài)電解質(zhì)和分別設(shè)置在固態(tài)電解質(zhì)兩側(cè)的由貴金屬催化劑制成的工作電極和對(duì)電極，工作電極引線與工作電極連接，對(duì)電極引線與對(duì)電極連接。該甲醛氣體傳感器在常溫下就能對(duì)甲醛氣體進(jìn)行檢測(cè)，而且減少空氣中其他氣體的影響，檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確。
文檔編號(hào)G01N27/407GK101776640SQ201010104419
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月1日
發(fā)明者劉東方, 姜風(fēng), 馬曉聰 申請(qǐng)人:北京亞都空氣污染治理技術(shù)有限公司