一種具有氣體檢測功能的高壓電源及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電源領(lǐng)域，更具體涉及一種具有氣體檢測功能的高壓電源及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓電源，又稱高壓發(fā)生器，一般是指輸出電壓在五千伏特以上的電源，一般高壓電源的輸出電壓可達(dá)幾萬伏。
[0003]現(xiàn)有高壓電源一般不具有氣體檢測功能，當(dāng)其所工作環(huán)境氣體氛圍為危險性氣體時，會對人員、設(shè)備等造成安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于【背景技術(shù)】存在的問題，本發(fā)明提供一種高壓電源及其制作方法，其特征在于，在高壓電源的外部安裝氣體檢測模塊，該氣體檢測模塊基于有機(jī)電致發(fā)光氣體傳感器器件，將有機(jī)電致發(fā)光器件和氣體傳感器結(jié)合。
[0005]該氣體檢測模塊通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]—種基于有機(jī)電致發(fā)光的氣體傳感器，其由如下方法制作而成:
[0007]有機(jī)電致發(fā)光氣體傳感器制備工藝涉及薄膜技術(shù)及薄膜處理工藝等，主要包括有機(jī)小分子或高分子聚合物等的有機(jī)薄膜的制備、金屬電極的制備和器件封裝等工藝；
[0008]具體流程為:導(dǎo)電塑料ΙΤ0-ΡΕΤ表面清洗及處理一基片置于真空腔一真空蒸鍍有機(jī)層一蒸鍍金屬電極一封裝或測試。
[0009]1.導(dǎo)電塑料ΙΤ0-ΡΕΤ清洗
[0010]首先，切割特定尺寸的ΙΤ0-ΡΕΤ，用專用洗滌劑和無塵布對ΙΤ0-ΡΕΤ基片進(jìn)行搓洗，以去除基片上的各種油污物，然后依次放入復(fù)合生物酶液(可選)，去離子水、丙酮、乙醇中，各超聲15min ;然后，用高純氮氣吹干ΙΤ0-ΡΕΤ，使乙醇蒸發(fā)，然后放入預(yù)處理腔中，持續(xù)通入高純氧氣，用等離子體轟擊基片5min ；
[0011]所述復(fù)合生物酶的成分為:堿性蛋白酶0.2-0.5g/L,纖維素酶0.9-1.3g/L，多酚氧化酶0.05g/L，其余為去離子水；
[0012]利用生物膜預(yù)處理后，會顯著增加氣體傳感器的敏感度。
[0013]2.多孔結(jié)構(gòu)YSZ制備
[0014]a)稱取適量的Ni (N03)2.6H20和去離子水放入燒杯中充分溶解，在磁力攪拌的作用下用分液漏斗緩慢滴入氨水，使之充分反應(yīng)，滴定完畢后80°C水浴lh得到懸濁液，經(jīng)離心機(jī)分離得到沉淀物，然后放入箱式爐中300°C保溫5h即可得到黑色的N1粉末；
[0015]b)稱取YSZ和N1粉末，按質(zhì)量比5:3放入球磨機(jī)中，再加入一定量的分散劑和乙醇，使之充分混合，得到Y(jié)SZ漿料；
[0016]c)將YSZ漿料采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)涂覆在導(dǎo)電塑料ΙΤ0-ΡΕΤ表面，厚度為2 μπι，放入烘干箱中烘干；
[0017]3.有機(jī)薄膜蒸鍍
[0018]a)把待蒸發(fā)的有機(jī)材料(Alq3、CuPc)放入相應(yīng)的蒸發(fā)舟中，并用掩膜擋?。?br>[0019]b)把烘干后的導(dǎo)電塑料基片從預(yù)處理腔傳送到有機(jī)腔，將基片置于有機(jī)腔內(nèi)的樣品托上，對準(zhǔn)有機(jī)束源；
[0020]c)對有機(jī)腔進(jìn)行抽真空，當(dāng)真空達(dá)到所需數(shù)值時，調(diào)節(jié)蒸發(fā)爐溫控儀，增加蒸發(fā)溫度，對材料進(jìn)行加熱，條件合適后，依次蒸鍍有機(jī)材料Alq3、CuPc，控制蒸鍍速率與時間，使之厚度分別為1.5 μηι、7 μπι ;
[0021]4.絲網(wǎng)狀金屬陰極制備
[0022]當(dāng)各種有機(jī)薄膜蒸鍍完畢后，將基片取出，覆蓋絲網(wǎng)狀電極掩模版，隨后將基片送入金屬蒸鍍室，抽真空使氣壓保持在1.5 X 10 3，進(jìn)行金屬電極的蒸鍍，調(diào)節(jié)電流，使Cr: Α1的蒸鍍比例為8:1，得到厚度為3 μπι的Cr:Al電極；
[0023]器件測試數(shù)據(jù):
[0024]器件制作完成后，使用探測器件發(fā)光亮度的亮度計探測器件發(fā)光亮度，使用半導(dǎo)體測試系統(tǒng)測試器件電流-電壓特性。經(jīng)檢測，該器件對N02等氣體具有氣敏響應(yīng)特性，該氣體能夠增大器件的發(fā)光亮度；工作電壓為20V時，發(fā)光亮度為16cd/m2，隨N02等含氮氣體濃度增加，發(fā)光亮度增加。
[0025]本發(fā)明的有益之處在于:
[0026]本發(fā)明從有機(jī)電致發(fā)光的氣體傳感器的組件材料，制作工藝，結(jié)構(gòu)等多方面進(jìn)行了創(chuàng)造性的優(yōu)化設(shè)計，在多種因素的協(xié)同作用下，達(dá)到了出乎意料的靈敏度，可以檢測痕量二氧化氮，載流子迀移率為大于9.8X10_2cm2/V.s，響應(yīng)速度快，恢復(fù)時間短，可以100%恢復(fù)；具有很大的市場前景。
【附圖說明】
[0027]圖1為高壓電源10結(jié)構(gòu)示意圖，在高壓電源的外部安裝氣體檢測模塊20。
[0028]圖2為氣體檢測模塊20的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0029]氣體傳感器是涉及物理、化學(xué)、材料、電子技術(shù)等多學(xué)科的高新技術(shù)。氣體傳感器是指將待測氣體種類或濃度轉(zhuǎn)換為與其有一定規(guī)律和關(guān)系的輸出電氣信號的器件或裝置。氣體傳感器在生產(chǎn)生活中有著廣泛的應(yīng)用和重要價值。在工業(yè)生產(chǎn)中，可以用來檢測天然氣、氫氣、氧氣等易燃易爆氣體；在民用方面，可以用來檢測汽車尾氣等有害氣體。
[0030]氣體傳感器按氣敏材料和敏感機(jī)理不同，可以分為:半導(dǎo)體型、接觸燃燒型、固體的電解質(zhì)型、電化學(xué)型等氣體傳感器。
[0031 ] 固體電解質(zhì)中導(dǎo)電離子可以為陽離子也可以是陰離子，其主要是由材料本身的缺陷決定的。
[0032]穩(wěn)定氧化鋯/釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)是最有用的一種固體電解質(zhì)，常溫下，氧化鋯(Zr02)是一種單斜晶體，離子導(dǎo)電率很低，當(dāng)摻雜入適量的二價或三價立方對稱氧化物(Y203、Mg0、Ca0、Sc203)對其進(jìn)行處理，可以表現(xiàn)出離子導(dǎo)電性，具有高的氧離子導(dǎo)電率、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、以及熱穩(wěn)定性和機(jī)械性，在固體氧化物燃料電池和氣體傳感器領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用。
[0033]有機(jī)電致發(fā)光現(xiàn)象及相應(yīng)的研究始于上世紀(jì)60年代，有機(jī)電致發(fā)光經(jīng)過多年的發(fā)展，已逐漸向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，國際上，尤其以日本、美國研究較活躍。有機(jī)電致發(fā)光器件具有主動發(fā)光、響應(yīng)速度快、視角寬、成本低等特點。
[0034]有機(jī)電致發(fā)光器件的基本結(jié)構(gòu)是由一薄而透明半導(dǎo)體性質(zhì)的ΙΤ0為正極與金屬陰極如同三明治般將有機(jī)材料層包夾其中，有機(jī)材料一般包括空穴傳輸層、發(fā)光層和電子傳輸層。其是一種注入式的發(fā)光器件，從陽極注入的空穴和從陰極注入的電子在發(fā)光層中相遇形成激子，激子復(fù)合發(fā)生輻射式的躍迀，即達(dá)到有機(jī)材料的發(fā)光。
[0035]有機(jī)電致發(fā)光氣體傳感器包括氣體傳感薄膜部分與有機(jī)電致發(fā)光部分。
[0036]氣體傳感器的敏感薄膜對待測氣體分子是一個復(fù)雜的過程，其中包括對氣體分子的物理吸附與化學(xué)吸附。這其中理論方面可以用晶界勢皇模型、空間電荷模型、氧化還原模型等解釋。
[0037]有機(jī)電致發(fā)光過程可以簡單描述為:在外加電壓的作用下，陰極和陽極的電子和空穴克服電極和有機(jī)材料之間的載流子勢皇后，注入到有機(jī)層且在其中傳輸，它們在發(fā)光層相遇后復(fù)合釋放能量，并將能量傳遞給有機(jī)發(fā)光材料分子，發(fā)光材料分子獲得能量后會從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)，其從激發(fā)態(tài)躍迀回基態(tài)或能量較低的狀態(tài)時便會發(fā)出光亮。
[0038]本方案基于有機(jī)電致發(fā)光氣體傳感器器件，將有機(jī)電致發(fā)光器件和氣體傳感器結(jié)入口 ο
[0039]本技術(shù)發(fā)明的設(shè)計主要出于對以下幾點的考慮:
[0040]綜合考慮有機(jī)電致發(fā)光器件材料和氣體傳感器氣敏材料及相關(guān)材料性能:
[0041](1)實驗采用8-羥基喹啉鋁(Alq3)作為器件的發(fā)光材料兼電子傳輸材料，基于如下考慮:a)Alq3是一種穩(wěn)定的金屬配位化合物，介于有機(jī)物和無機(jī)物之間，本身具有電子傳輸特性；b)Alq3具有良好的成膜性、高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性；c)Alq3發(fā)射綠光，相較于紅光和藍(lán)光來說亮度較高；
[0042](2)采用柔性導(dǎo)電塑料ΙΤ0-ΡΕΤ做為基底，其具有柔軟、可彎曲、重量輕和成本低等特點，且有利于大規(guī)模生產(chǎn)；
[0043](3)采用多孔結(jié)構(gòu)YSZ材料為空穴傳輸層，提高空穴傳輸率；
[0044](4)采用微加工工藝制備絲網(wǎng)狀Cr:Ag電極，增大了待測氣體與氣敏材料接觸面積，進(jìn)而增大了其對氣體濃度、種類的敏感度。
[0045]為研究出具備有機(jī)電致發(fā)光性能的氣體傳感器，制備了結(jié)構(gòu)為:ΙΤ0-ΡΕΤ/多孔YSZ/Alq3/酞菁銅(CuPC)/Cr:Ag的器件，結(jié)構(gòu)如附圖所示；
[0046]該器件在外加電壓作用下，空穴從ΙΤ0注入經(jīng)YSZ空穴傳輸層傳輸?shù)桨l(fā)光層Alq3中，電子經(jīng)Cr:Ag電極注入經(jīng)CuPc層傳輸?shù)紸lq3層中，電子與空穴復(fù)合，有機(jī)電致發(fā)光材料Alq3會發(fā)出綠光；當(dāng)器件周圍氣體環(huán)境發(fā)生變化后，比如N02濃度增大，CuPc吸附的氣體分子的濃度隨之變化，導(dǎo)致其電導(dǎo)率發(fā)生變化，最后引起發(fā)光層Alq3發(fā)光效率的變化，即器件通過發(fā)光層的發(fā)光效率檢測所在環(huán)境氣體濃度。
[0047]圖1為高壓電源10結(jié)構(gòu)示意圖，在高壓電源的外部安裝氣體檢測模塊20。
[0048]圖2為氣體檢測模塊20的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0049]實施例1:
[0050]一種具有氣體檢測功能的高壓電源，在高壓電源的外部安裝氣體檢測模塊，該氣體檢測模塊由如下方法制作而成:
[0051]具體流程為:導(dǎo)電塑料ΙΤ0-ΡΕΤ表面清洗及處理一基片置于真空腔一真空蒸鍍有機(jī)層一蒸鍍金屬電極一封裝或測試。
[0052]L導(dǎo)電塑料ΙΤ0-ΡΕΤ清洗
[0053]首先，切割特定尺寸的ΙΤ0-ΡΕΤ，用專用洗滌劑和無塵布對ΙΤ0-ΡΕΤ基片進(jìn)行搓洗，以去除基片上的各種油污物，然后依次放入復(fù)合生物酶液，