叉指電極在電化學傳感器上的應用

更新時間:2015-03-27

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???????實驗室用氣體傳感器示意圖

??????? 叉指電極電化學傳感器被廣泛運用在分析化學領域,其中氣體傳感是應用的最廣泛的。叉指電極電化學傳感器通過與目標分析物發生反應,并產生與目標分析物濃度成正比的電信號來工作,具有很好的選擇性和靈敏性。在氣體環境監測中,可以通過在叉指電極上面負載一些感應材料,使得其具有捕獲目標分析物的性能,通過檢測捕獲物的電阻值變化,實現檢測環境中那些有害的化學物質。

??????? 例如現在交警以前使用經琉酸酸化處理的三氧化鉻(CrO3)(與重鉻酸鉀原理類似)硅膠檢查司機呼出的氣體,根據硅膠顏色的變化(硅膠中的+6價鉻能被酒精蒸氣還原為+3價鉻,顏色發生變化,發現喝的越多一般顏色越深橙黃變灰綠),可以判斷司機是否酒后駕車,而現在則是使用電子數字器件去檢測了。傳感器的工作模型就是一個MEMS器件。叉指電極具有這個器件的基本結構。

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????????????????基于叉指電極的化學氣體傳感器示意圖?????????????????????????????? 傳感器的整體圖形

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??????? 如上圖,在叉指電極表面生長一層摻雜過的二氧化錫薄膜可以制備成為表面電阻控制型的化學氣體傳感器,因此二氧化錫成為制作該類化學氣體傳感器的主體材料。而溫度是影響氣體分子在叉指電極氣體傳感器表面的吸/脫附過程的重要因素,可以影響到氣體分子在叉指電極氣體傳感器表面的吸附量、反應速度,從而會對傳感器的性能產生很大影響。所以為了恒溫測試,一般會在其背面加上一個小型的加熱器,一般都是使用蛇形電阻加熱器。
對研制的 SnO2叉指電極氣體傳感器靈敏度進行測試,其結果如下圖所示,電阻隨氣體濃度變化而成指數遞減變化。測試氣體使用乙醇,測試的是SnO2薄膜電阻在不同濃度下的乙醇氣體中的阻值變化。
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叉指電極的氣體傳感器測試圖
叉指電極的氣體傳感器不僅可以用于實驗室和生活當中,還可以用于工業當中。例如Annica Brandenburg等人在《Sensors and Actuators B: Chemical》這個期刊上面發表了一種可以進行高溫氣體感應的裝置。示意圖如下:
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內部裝有叉指電極的氣體傳感器示意圖
研究人員通過叉指電極和加熱器裝載在低溫共燒陶瓷上,制備成一種新型的管式氣體傳感器,可以承受高達700℃的氣體溫度,適用于生產硝酸的工業尾氣檢測。
總體來說,叉指電極的獨特的結構和性能使得其在電化學傳感器中具有穩定高效的作用。
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