本發(fā)明涉及丙酮傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種以超細(xì)氧化鎢納米線為敏感材料的新型丙酮傳感器。

背景技術(shù)：

丙酮作為一種重要的熔劑，主要用于炸藥、塑料、橡膠、纖維、制革、油脂、噴漆等行業(yè)中，也可作為合成烯酮、醋酐、碘仿、聚異戊二烯橡膠、甲基丙烯酸甲酯、氯仿、環(huán)氧樹脂等物質(zhì)的重要原料。作為一種常見的揮發(fā)性有機(jī)化合物，丙酮對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有抑制、麻醉作用，吸入高濃度丙酮會(huì)導(dǎo)致頭痛、惡心、乏力等癥狀，甚至出現(xiàn)抽搐、昏迷，傷害肝臟、腎臟、大腦和人體神經(jīng)系統(tǒng)。鑒于此，對(duì)工作及生活環(huán)境中丙酮?dú)怏w的檢測(cè)具有非常重要的意義。另外，臨床醫(yī)學(xué)表明糖尿病患者呼氣中丙酮濃度超過1.8ppm，大大高于正常人的0.3～0.9ppm，因此通過對(duì)呼氣中丙酮濃度的準(zhǔn)確檢測(cè)對(duì)糖尿病診斷也具有重要的潛在價(jià)值。

目前，對(duì)低濃度丙酮的測(cè)定主要采用光譜、色譜或色譜質(zhì)譜聯(lián)用的方法，具有體積大、成本高、操作復(fù)雜和耗時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn)，難以滿足現(xiàn)場(chǎng)快速監(jiān)控及診斷等要求。與上述大型儀器相比，氣體傳感器具有體積小、成本低、靈敏度高及響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，是構(gòu)建便攜式丙酮檢測(cè)儀的理想工具，因此成為當(dāng)前氣體傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

在眾多的氣體傳感器中，以半導(dǎo)體氧化物為敏感材料的電阻型氣體傳感器是目前應(yīng)用最廣泛的氣體傳感器之一。目前，已有文獻(xiàn)報(bào)道以ZnO、SnO₂、Bi₂O₃等納米材料作為氣敏傳感材料，實(shí)現(xiàn)對(duì)丙酮的快速檢測(cè)。然而，目前此類傳感器尚存在氣敏材料制備繁瑣、選擇性和靈敏度不足、操作溫度高等問題，極大限制了其實(shí)際應(yīng)用及推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種以超細(xì)氧化鎢納米線為敏感材料的新型丙酮傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)丙酮的高選擇性、快速、靈敏以及準(zhǔn)確的檢測(cè)。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種以超細(xì)氧化鎢納米線為敏感材料的新型丙酮傳感器，包括絕緣陶瓷管，所述絕緣陶瓷管的外側(cè)面涂覆有超細(xì)氧化鎢納米線敏感材料涂層，所述絕緣陶瓷管的內(nèi)側(cè)貫穿設(shè)有鎳鉻合金加熱電阻絲，所述絕緣陶瓷管靠近兩端的部位套設(shè)有環(huán)形金電極，所述環(huán)形金電極上設(shè)有4根鉑絲引線。

進(jìn)一步的，所述絕緣陶瓷管為Al₂O₃絕緣陶瓷管。

本發(fā)明的有益效果：1、采用富含氧缺陷的W₁₈O₄₉超細(xì)納米線作為敏感材料，利用其自身的高催化活性和高比表面積，增強(qiáng)了丙酮在敏感層的吸附和催化轉(zhuǎn)化作用，從而提高了丙酮檢測(cè)的靈敏度和響應(yīng)特性；

2、丙酮敏感材料的合成方法簡(jiǎn)單，傳感器的制作工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，適于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)；

3、本發(fā)明的丙酮傳感器靈敏度高、響應(yīng)及恢復(fù)時(shí)間短、穩(wěn)定性好，能夠滿足空氣中丙酮的檢測(cè)及糖尿病患者的疾病診斷要求。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的丙酮?dú)饷魝鞲衅鲗?duì)不同氣體的響應(yīng)情況比較圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的丙酮?dú)饷魝鞲衅鲗?duì)丙酮的響應(yīng)-恢復(fù)曲線圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的丙酮?dú)饷魝鞲衅鲗?duì)不同濃度丙酮的靈敏度曲線圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的丙酮?dú)饷魝鞲衅鲗?duì)丙酮測(cè)試的穩(wěn)定性展示圖。

圖中所示：

1-鉑絲引線；2-絕緣陶瓷管；3-環(huán)形金電極；4-鎳鉻合金加熱電阻絲；5-超細(xì)氧化鎢納米線敏感材料涂層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的一種以超細(xì)氧化鎢納米線為敏感材料的新型丙酮傳感器，包括Al₂O₃絕緣陶瓷管2，所述絕緣陶瓷管2的外側(cè)面涂覆有超細(xì)氧化鎢納米線敏感材料涂層5，所述絕緣陶瓷管2的內(nèi)側(cè)貫穿設(shè)有鎳鉻加熱電阻絲4，用于與加熱系統(tǒng)(圖中未示)相連，所述絕緣陶瓷管2靠近兩端的部位套設(shè)有環(huán)形金電極3，所述環(huán)形金電極3上設(shè)有4根鉑絲引線1，用于將所述傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)(圖中未示)連接。

本實(shí)施例中，超細(xì)氧化鎢納米線敏感材料采用富含氧缺陷的超細(xì)氧化鎢納米線作為氣敏傳感材料，利用乙醇為溶劑研磨至糊狀，均勻涂覆，室內(nèi)干燥即可。

本發(fā)明還公開了一種采用超細(xì)氧化鎢納米線為敏感材料的丙酮傳感器的制備方法，包括以下步驟：

1、超細(xì)氧化鎢納米線的制備

采用一步水熱法，0.3g六氯化鎢溶于100mL乙醇中，得到淺綠色的六氯化鎢醇溶液。將該醇溶液置于高壓反應(yīng)釜中，180℃下反應(yīng)24小時(shí)，冷卻至室溫后，將其離心分離、洗滌、真空干燥備用。

2、絕緣陶瓷管的預(yù)處理

將環(huán)形金電極3上的鉑絲引線1展開，用無水乙醇清洗環(huán)形金電極3及Al₂O₃絕緣陶瓷管2的表面，確保其表面干凈無雜質(zhì)，晾干備用。

3、氣敏材料的涂覆

將適量的超細(xì)氧化鎢納米材料與乙醇置于研缽中，充分研磨，形成糊狀，用小毛刷將其均勻涂覆在帶有形金電極3的氧化鋁絕緣陶瓷管2上，制成超細(xì)氧化鎢納米線敏感材料涂層5，室溫晾干。

4、傳感器的構(gòu)建與老化

將鎳鉻合金加熱電阻絲4插入絕緣陶瓷管2中，并將絕緣陶瓷管2及所述電阻絲4焊接到六角基座上，制成旁熱式氣敏元件，將元件放在老化臺(tái)上350℃老化24小時(shí)。

5、丙酮的檢測(cè)

應(yīng)用發(fā)明的丙酮?dú)饷魝鞲衅?，?duì)不同氣體進(jìn)行測(cè)試，其靈敏度見圖2，對(duì)30ppm丙酮的相應(yīng)恢復(fù)曲線見圖3，不同丙酮濃度的靈敏度變化見圖4,重復(fù)11次測(cè)定30ppm丙酮的靈敏度變化見圖5。

綜上所述，借助于本發(fā)明的上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過選擇催化活性高的納米功能材料改善傳感器的氣敏特性，具有選擇性好、響應(yīng)速度快、靈敏度高的特點(diǎn)，可用于空氣中丙酮含量的檢測(cè)，也可作為醫(yī)院疾病診斷的重要手段。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。