CN114839231A - 一种用于半导体可燃气体传感器的抗干扰气敏涂层及其制备方法、应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于半导体可燃气体传感器的抗干扰气敏涂层，由混合浆料经涂覆、烧结而成，所述混合浆料由以下原料制备得到：氧化锡、硫酸亚锡、酸洗石棉、催化载体、贵金属催化剂、三氧化钨、氧化镁、五氧化二钒、五氧化二锑、硅酸四乙酯、甲酸、乙二醇、N‑甲基吡咯烷酮、无水乙醇、纯水；本发明还公开了该抗干扰气敏涂层的制备方法及其在半导体可燃气体传感器中的应用。本发明通过抗干扰气敏涂层的原料搭配及涂层工艺控制，改善了气敏元件的灵敏性及稳定性，提升了气敏元件的一致性，仅涂覆单层气敏涂层就可实现半导体可燃气体传感器抗含羟基的有机挥发性气体的干扰，便于自动化生产，且降低了制造成本，具有良好的应用效果和产业化前景。

Description

一种用于半导体可燃气体传感器的抗干扰气敏涂层及其制备 方法、应用

技术领域

本发明属于半导体气体传感器技术领域，具体涉及一种用于半导体可燃气体传感器的抗干扰气敏涂层及其制备方法、应用。

背景技术

半导体气体传感器以金属氧化物为气敏材料，其工作原理是根据在一定工作温度下待测气体在半导体金属氧化物表面发生氧化/还原反应时引起氧化物的电阻值发生变化。此种传感器气敏性能优异、测量范围广、制作工艺相对简单且价格低廉，便于集成与构建无线传感器网络，被广泛应用于碳氧化物、氮氧化物和挥发性有机复合物等部分有毒、易燃、易爆和污染气体等的监测。但是，半导体传感器的工作温度一般在200℃以上，这在增加能耗的同时也对材料的寿命构成了威胁，随着半导体气体传感器工作时间的延长，会出现零点漂移和灵敏度下降的现象，对目标气体的响应/恢复速度减慢。对此，要提高气敏材料受环境温、湿度及空气质量等外界因素干扰的能力，以增强半导体气体传感器使用的重复性和稳定性。

为了解决探测时存在多组分气体交叉干扰的问题，申请号为CN202010931457.X的专利公开了一种抗气体干扰型MEMS气体传感器，在硅衬底上依次形成氧化层、金属电极层、绝缘层、气敏材料层及分离膜；所述分离膜的纳米通道的孔径小于干扰气体分子的运动直径，通过增加分离膜，使得干扰气体分子在分离膜的纳米通道内发生大量碰撞，无法通过分离膜，从而实现对干扰气体的阻隔，避免干扰气体对传感器内气敏材料的影响，提高了检测的准确性。

为了提高气敏材料的灵敏度、选择性和稳定性，通常会对基体材料进行掺杂改性，其中贵金属掺杂氧化锡(SnO₂)气敏材料应用尤为普遍，然而贵金属催化剂(如：Pt、Pb、Au、Ag等)在某些特殊气体气氛中使用时，容易出现催化剂中毒、失活等问题，导致传感器对待测气体的气敏响应特性变差，甚至失去气敏活性，这在一定程度上影响了气体传感器的使用。为了避免气敏材料的失活，申请号为CN201810156850.9的专利公开了一种抗有机硅中毒的双涂层甲烷气体传感器，采用的双涂层为Pd(OAc)₂负载的纳米SnO₂微球敏感材料层以及Pt掺杂的Al₂O₃和SiO₂混合抗毒催化层，通过敏感材料层表面的抗毒催化层，分解易中毒气体及干扰气体。

目前，现有技术中无论是增加分离膜还是抗毒催化层，半导体气体传感器的气敏元件均是采用双层涂层实现抗干扰，第一层为厚膜型气敏材料涂层，由SnO₂等半导体元素混合涂覆而成，在工作过程中通过电荷迁移，实现对还原性气体的催化分解，进而完成对可燃气体的检测；第二层由含SiO₂成分的溶液涂覆而成，对第一层涂层中的稀土元素和/或贵金属催化剂进行包覆，填充部分材料间隙，增加表面结合力，实现对干扰气体的阻隔或分解。但是气敏元件在加工过程中，经过多次涂覆工序，各参数不易调控，多道工序下气敏元件的一致性难以保证，且涉及的设备及能耗成本较多。在双层涂覆限制下，由于首次涂覆厚度差异，导致第二次印刷涂覆时存在高低差，不能达到印刷设备的水平对位，进而只能人工手动涂覆，无法实现自动化涂覆，生产效率低下。并且，气敏元件经长期使用，抗干扰涂层会损耗，或者二次涂层开裂造成抗干扰效果失效，致使器件在使用过程中对使用者发出错误报警。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种用于半导体可燃气体传感器的抗干扰气敏涂层，仅单层涂覆就可以实现半导体可燃气体传感器抗含羟基基团的有机挥发性气体的干扰；本发明还公开了该抗干扰气敏涂层的制备方法，以及在半导体可燃气体传感器中的应用，改善了气敏元件的灵敏性及稳定性，提升了气敏元件的一致性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于半导体可燃气体传感器的抗干扰气敏涂层，由混合浆料经涂覆、烧结而成，所述混合浆料由以下重量份数的原料制备得到：氧化锡(SnO₂)180～220份、硫酸亚锡(SnSO₄)72～88份、酸洗石棉(CaMg₃(SiO₄)₂)3.6～4.4份、催化载体45～55份、贵金属催化剂6.7～8.3份、三氧化钨(WO₃)6.3～7.7份、氧化镁(MgO)3.0～3.8份、五氧化二钒(V₂O₅)2.7～3.3份、五氧化二锑(Sb₂O₅)1.4～1.8份、硅酸四乙酯(TEOS，SiC₈H₂₀O₄)250～310份、甲酸(HCOOH)330～400份、乙二醇(EG，(CH₂OH)₂)100～125份、N-甲基吡咯烷酮(NMP，C₅H₉NO)135～170份、无水乙醇(EtOH，C₂H₅OH)140～175份、纯水(H₂O)180～220份。

优选地，所述贵金属催化剂由铂黑(Pt)与氯化钯(PdCl₂)按照质量比4:0.8～1.2混合而成。

优选地，所述催化载体采用氧化铝(Al₂O₃)。

上述用于半导体可燃气体传感器的抗干扰气敏涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照重量份数准备混合浆料的各原料；

(2)在研磨混合的条件下，将催化载体、贵金属催化剂及纯水混合30～50分钟，再加入硫酸亚锡，混合20～40分钟后，升温至120～180℃并保温混合40～60分钟，冷却至室温；然后依次加入氧化锡、无水乙醇、N-甲基吡咯烷酮、氧化镁、三氧化钨、五氧化二钒、五氧化二锑、酸洗石棉、乙二醇、硅酸四乙酯及甲酸，继续混合20～40分钟，即得混合浆料；

(3)步骤(2)所得混合浆料经均匀涂覆后，于700～750℃烧结3～4小时，即得抗干扰气敏涂层。

优选地，步骤(3)所述混合浆料采用丝网印刷技术进行涂覆，涂覆的厚度为0.15～0.25mm。

上述抗干扰气敏涂层在半导体可燃气体传感器中的应用，所述半导体可燃气体传感器包括金属基座及封装在金属基座上的气敏元件，所述气敏元件包括从下至上依次设置的加热电阻层、加热电极层、基板、测试电极层及所述抗干扰气敏涂层；金属基座上插接有加热引脚及信号测量引脚，且加热引脚及信号测量引脚呈均匀阵列排布，加热引脚与加热电极层电性连接，信号测量引脚与测试电极层电性连接。

优选地，所述加热电极层及测试电极层均采用插齿电极，插齿电极的端部连接有导电带，导电带上连接有引线，引线的另一端与加热引脚或信号测量引脚相连。金属基座上通过加热引脚为加热电阻层提供所需电源，使其发出固定条件的温度给抗干扰气敏涂层，被测气体到达固定温度的抗干扰气敏涂层表面，并与抗干扰气敏涂层内部的自由电荷进行氧化还原反应，在反应过程中伴随电荷转移，进而引起抗干扰气敏涂层材料电阻的变化，通过测试电极层的插齿电极读取材料测量端电阻的变化引起的电压变化，通过对电压差的变化就可以实现对气体浓度的检测。

优选地，所述基板采用96％氧化铝基板。

优选地，所述抗干扰气敏涂层在半导体可燃气体传感器中的应用，用于检测甲烷、丙烷、异丁烷气体，抗酒精挥发、硅烷中毒干扰。

本发明所述混合浆料的原料及制备过程中所用设备均为普通市售产品，所述SnO₂、WO₃、MgO、V₂O₅、Sb₂O₅、Al₂O₃、Pt的粒径为50～150nm。

所述混合浆料以SnO₂(能带隙Eg为3.5eV)作为基体材料，在弱酸性环境中，通过各纳米材料的不饱和键进行键和反应，提升气敏元件高温工作环境中的稳定性；其中，WO₃、MgO、V₂O₅主要作用是维持浆料制备过程中的酸碱环境，依据元素的活泼性，W、Mg、V和配方内其他过渡元素共同保持烧结后的气敏材料内的平衡；Sb₂O₅在混合浆料中维持半导体浆料的半导体特性，对半导体浆料电阻值起调节作用；另外，在气敏元件工作过程中，其反应的灵敏度取决于贵金属催化剂的活性与含量，W、V、Sb元素与贵金属催化剂形成点位势能互补，保持贵金属元素在高温环境下的活性，增加气敏元件在工作过程中的稳定性。

经高温烧结后，SnO₂与WO₃(Eg 2.7eV)、V₂O₅(Eg 2.8eV)、Sb₂O₅(Eg 3.0eV)形成半导体复合氧化物，晶格内产生替位杂质缺陷和氧空位缺陷，有助于载流子的释放、传输及注入输运过程，促进了测试气体的吸、脱附过程及响应速度。同时，选用Pt及PdCl₂作为贵金属催化剂，通过键合充分附着在Al₂O₃载体上，再与金属氧化物混合，可以增加材料表面的活性位点，使材料可以吸附更多的气体，同时还会夺走金属氧化物材料表面的电子，形成耗尽层，当材料暴露于还原气体之下时，贵金属氧化物会迅速还原，导致阻值明显下降，从而提高气敏性质。SnSO₄同步参与Al₂O₃和贵金属催化剂的置换反应，SO₄ ^2-增加贵金属元素在高温条件下工作过程中的稳定性，增加气敏元件在整个可燃气体传感器中的使用寿命及产品稳定性。

TEOS与纯水发生水解反应生成SiO₂，通过SiO₂表面不饱和键与带有羟基(-OH)的有机挥发性气体(如甲醇、乙醇等)发生键合反应，在工作过程中避免-OH基团直接与贵金属催化剂接触，从而降低此类气体的干扰。并且，SiO₂与配方中的Sb元素产生偶联，进而改善整体器件涂层的稳定性，在浆料配制过程中实现对可燃气体的检测，又能满足抗干扰的效果。

HCOOH与EtOH、EG等溶剂在反应过程中参与中间反应研磨剂起到交联效果，在高温烧结过程中由于交联形态配合酸洗石棉纤维，增加浆料与基板结合力，避免在烧结工序中涂层开裂。

本发明将各原料研磨混合制成混合浆料后，通过丝网印刷技术将混合浆料涂覆到带有加热功能的陶瓷信号电极面，经高温烧结后形成抗干扰气敏涂层，制备过程简单易行，气敏元件的性能一致性好，检测灵敏度高，同时机械强度高，可用于批量生产，节省了人力物力，降低了制造成本，具有良好的应用效果和产业化前景。

附图说明

图1为实施例1所述抗干扰气敏涂层的拉曼光谱图(Raman)；

图2为实施例1所述抗干扰气敏涂层的扫描电镜表征图(SEM)；

图3是实施例1所述抗干扰气敏涂层的X射线能谱分析(EDS)；

图4所述半导体可燃气体传感器的结构示意图；

图5为图4中气敏元件的截面示意图；

图6为图5的俯视图；

图7为所述半导体可燃气体传感器对不同浓度甲烷气体的动态响应曲线；

图8为所述半导体可燃气体传感器检测甲烷时响应值随甲烷浓度变化的曲线。

具体实施方式

为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明，但所述实施例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

下述实施例中所述氧化锡购自麦克林，型号为T817641，粒径为50～70nm；铂黑购自阿拉丁，型号为P113302，粒径为10nm；氯化钯购自阿拉丁，型号为P282904，粒径为70nm；氧化铝购自麦克林，型号为A800207，粒径为150nm；硫酸亚锡购自阿拉丁，型号为S112918，粒径为0.1mm；氧化镁购自麦克林，型号为M813080，粒径为100nm；三氧化钨购自麦克林，型号为T818835，粒径为150nm；五氧化二钒购自阿拉丁，型号为V112535，粒径为80nm；五氧化二锑购自阿拉丁，型号为A100109，粒径为20nm；酸洗石棉购自阿拉丁，型号为A104830；硅酸四乙酯购自麦克林，型号为T819505。所述半导体可燃气体传感器按照河南森斯科传感技术有限公司的GK4平面半导体甲烷传感器，区别在于涂层不同。

实施例1

一种用于半导体可燃气体传感器的抗干扰气敏涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)准备混合浆料的各原料：

氧化锡2.0g、硫酸亚锡0.8g、酸洗石棉0.04g、氧化铝0.5g、铂黑0.06g、氯化钯0.015g、三氧化钨0.07g、氧化镁0.034g、五氧化二钒0.03g、五氧化二锑0.016g、硅酸四乙酯3.0mL、甲酸3.0mL、乙二醇1.0mL、N-甲基吡咯烷酮1.5mL、无水乙醇2.0mL、纯水2.0mL；

(2)制备混合浆料：

采用行星式球磨设备(罐体体积为20mL)，以密闭湿磨的混合方式，将铂黑、氯化钯、氧化铝及纯水混合40min，再加入硫酸亚锡，混合30min后，以30℃/min的速率升温至180℃并保温混合50min，冷却至室温；然后依次加入氧化锡、无水乙醇、N-甲基吡咯烷酮、氧化镁、三氧化钨、五氧化二钒、五氧化二锑、酸洗石棉、乙二醇、硅酸四乙酯及甲酸，继续混合30min，即得混合浆料；

(3)将步骤(2)所得混合浆料采用丝网印刷技术涂覆在气敏元件上，涂覆厚度为0.2mm，然后将气敏元件置于马弗炉内，以50℃/min的升温速率升温至730℃，恒温烧结3.5小时。

下面将实施例1所述混合浆料直接涂覆上陶瓷基板上(涂覆厚度为0.2mm)，经烧结后(以50℃/min的升温速率升温至730℃，恒温烧结3.5小时)形成涂层试样，对该涂层试样进行拉曼光谱检测、扫描电镜表征及X射线能谱分析，结果如图1～3所示。从图1可以观察到，与现有技术中标准的金红石型氧化锡拉曼光谱图相比，实施例1所述抗干扰气敏涂层的拉曼光谱在总体形状上无明显差别，但是出现了明显的相对右移，这可能是由于掺杂、复合导致的氧化锡晶格缺陷引起的；在低频率区域(小于400cm^-1)也出现拉曼峰，可能是由于多种粒子堆叠混乱或晶体存在缺陷引起的；1000～1500cm^-1出现的多个小的振动峰，其中对应有二氧化硅拉曼峰，说明混合浆料中硅酸四乙酯经水解、烧结后形成晶态二氧化硅。从图2可以看到，抗干扰气敏涂层的微观形貌呈蜂窝状离散分布，同时存在大量介孔，可燃气体小分子气流通过介孔被贵金属催化剂捕捉，进而发生氧化还原反应，引起电位变化实现对可燃气体气体检测，表面纳米二氧化硅包覆，隔绝醇类中羟基，实现抗酒精干扰。如图3所示，通过X射线能谱对抗干扰气敏涂层表面元素定性半定量分析得出，各元素所占重量百分比：Sn79.46％、Pd 2.48％、Cl 1.99％、Si 9.20％、O 6.77％，各元素所占原子百分比：Sn44.67％、Pd 1.55％、Cl 3.74％、Si 21.84％、O 28.20％，部分元素在烧结后升华，或者发生氧化还原反应以气体方式挥发，导致含量偏低，在电子探针分析下未体现数据。

上述抗干扰气敏涂层在半导体可燃气体传感器中的应用，如图4～6所示，所述半导体可燃气体传感器包括保护帽2、金属基座1及封装在金属基座1上的气敏元件3，所述气敏元件3包括从下至上依次设置的加热电阻层305、加热电极层304、基板303、测试电极层302及所述抗干扰气敏涂层301；金属基座1上插接有加热引脚4及信号测量引脚5，且加热引脚4及信号测量引脚5呈均匀阵列排布，加热引脚4与加热电极层304电性连接，信号测量引脚5与测试电极层302电性连接。所述加热电极层304及测试电极层302均采用插齿电极306，插齿电极306的端部连接有导电带307，导电带307上连接有引线6，引线6的另一端与加热引脚4或信号测量引脚5相连。

金属基座1上通过加热引脚4为加热电阻层305提供所需电源，使其发出固定条件的温度给抗干扰气敏涂层301，被测气体到达固定温度的抗干扰气敏涂层301表面，并与抗干扰气敏涂层301内部的自由电荷进行氧发生化学反应，在反应过程中伴随电荷转移，进而引起抗干扰气敏涂层301材料电阻的变化，通过测试电极层302的插齿电极306读取材料测量端电阻的变化引起的电压变化，通过电压差的变化就可以实现对气体浓度的检测。

由于半导体可燃气体传感器的气敏特性受工作温度影响，下面检测实施例1所制备的半导体可燃气体传感器在不同工作温度下(250～600℃)对甲烷(5000ppm)的响应情况。按照GB 15322.2-2003规范条件进行重复测试，使用现有数据采集系统，在传感器正常工作条件下，对传感器相匹配的固定阻值的分压测量电阻的电压进行采集，通过采集分压测量电阻在注气前后的电压变化，得出传感器半导体气敏材料的响应变化量，以此来判定传感器的气敏性能。

经检测得出，随着工作温度的升高，半导体可燃气体传感器对甲烷的响应值逐渐增大，当工作温度升至450℃时，响应值达到最大，随着温度的进一步升高，半导体可燃气体传感器对甲烷的响应值反而下降。这是因为，在温度较低时，没有足够的能量支持气敏反应，因此随着温度的升高，灵敏度增加；当温度过高时，气体在材料表面的吸附变得更困难，即吸附在材料表面的气体还未反应就已经脱附，导致参与气敏过程的分子数降低，从而使灵敏度有所下降。实施例1所述半导体可燃气体传感器在450℃对5000ppm甲烷表现出了最大的响应值(传感器对5000ppm甲烷的读数值减去零点值)，约为2.96V。

为了考察实施例1所述半导体可燃气体传感器对甲烷气体的传感特性，检测其对不同浓度(50～5000ppm)甲烷气体的响应恢复情况；同时，为了验证实施例1所述半导体可燃气体传感器对甲烷检测的重复性，于不同时间、在450℃的工作温度下对该传感器实施了连续15次的检测。检测得到的特性曲线如图7所示，对应不同浓度甲烷气体的响应数据(传感器读数值)如表1所示。

通过检测实施例1所述半导体可燃气体传感器在450℃对5000ppm甲烷的响应恢复情况，计算得出实施例1所述半导体可燃气体传感器在450℃对5000ppm甲烷的响应、恢复时间，分别为3s和20s，可见该半导体可燃气体传感器具有较快的响应恢复速度。

从表1中可以看出，在不同的甲烷浓度下，该传感器均表现出了良好的响应恢复情况。此外，随着测试甲烷浓度的增大，半导体可燃气体传感器的响应值表现出明显的阶梯状分布，响应值变化与甲烷浓度近似呈线性关系，拟合曲线如图8所示。此外，该传感器对低至50ppm的甲烷的响应值约为0.28V，表现出了良好的低浓度甲烷检测能力。

半导体可燃气体传感器在接触甲烷气体后，迅速响应，接触空气时快速恢复，其响应及恢复特征在整个测试期间几乎一致。并且，该传感器的最大响应值仅有较小幅度的变化。这说明半导体可燃气体传感器在450℃的工作温度下对甲烷气体具有良好的重复性。

表1实施例1所述半导体可燃气体传感器对不同浓度甲烷检测结果(单位/V)

实施例2

一种用于半导体可燃气体传感器的抗干扰气敏涂层的制备方法，按照实施例1的技术方案，区别在于所述混合浆料由以下重量份数的原料制备得到：氧化锡1.8g、硫酸亚锡0.72g、酸洗石棉0.036g、氧化铝0.45g、铂黑0.056g、氯化钯0.014g、三氧化钨0.063g、氧化镁0.03g、五氧化二钒0.027g、五氧化二锑0.014g、硅酸四乙酯2.7mL、甲酸3.0mL、乙二醇1.0mL、N-甲基吡咯烷酮1.5mL、无水乙醇2.0mL、纯水2.0mL。

实施例3

一种用于半导体可燃气体传感器的抗干扰气敏涂层的制备方法，按照实施例1的技术方案，区别在于所述混合浆料由以下重量份数的原料制备得到：氧化锡2.2g、硫酸亚锡0.88g、酸洗石棉0.044g、氧化铝0.55g、铂黑0.064g、氯化钯0.016g、三氧化钨0.077g、氧化镁0.038g、五氧化二钒0.033g、五氧化二锑0.018g、硅酸四乙酯3.3mL、甲酸3.0mL、乙二醇1.0mL、N-甲基吡咯烷酮1.5mL、无水乙醇2.0mL、纯水2.0mL。

比较例1

一种用于半导体可燃气体传感器的抗干扰气敏涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)准备涂层浆料的各原料：

第一涂层浆料：氧化锡2.0g、硫酸亚锡1.4g、酸洗石棉0.08g、氧化铝0.2g、铂黑0.08g、氯化钯0.01g、三氧化钨0.08g、五氧化二锑0.01g、氧化镍0.06g、三氧化二铁0.07g、氧化铜0.04g、纯水2.0mL、无水乙醇2.5mL；

第二涂层浆料：硅酸四乙酯2.0g、无水乙醇1.5mL、盐酸0.1mL、二丁基醚1.5mL；

(2)制备第一涂层浆料：

采用玛瑙研磨钵，在无尘洁净环境下以手动研磨干磨的混合方式，将铂黑、氯化钯、氧化铝，氧化锡、酸洗石棉、三氧化二锑、三氧化二铁、三氧化钨、氧化镍、氧化铜，混合60min，然后加入纯水及无水乙醇继续研磨60min，在研磨过程中以手感确认在材料呈现无明显颗粒及结块时，即得第一涂层浆料；

制备第二涂层浆料：

将硅酸四乙酯、无水乙醇、盐酸、二丁基醚依次导入棕色试剂瓶中以手摇的方式顺时针混合15min，再逆时针混合15min，即得第二涂层浆料；

(3)将步骤(2)所得第一涂层浆料涂覆在气敏元件上，涂覆厚度为0.2mm，然后于630度烧结3小时，再涂覆第二涂层，涂覆厚度为0.05mm，于450℃烧结1.5小时。

比较例2

一种用于半导体可燃气体传感器的抗干扰气敏涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)准备涂层浆料的各原料：

第一涂层浆料：氧化锡2.0g、硫酸亚锡0.8g、酸洗石棉0.04g、氧化铝0.5g、铂黑0.06g、氯化钯0.015g、三氧化钨0.07g、五氧化二锑0.016g、氧化镍0.06g、三氧化二铁0.07g、氧化铜0.04g、纯水2.0mL、无水乙醇2.5mL；

第二涂层浆料：硅酸四乙酯2.0g、无水乙醇1.5mL、盐酸0.1mL、二丁基醚1.5mL；

(2)制备第一涂层浆料：

采用玛瑙研磨钵，在无尘洁净环境下以手动研磨干磨的混合方式，将铂黑、氯化钯、氧化铝、氧化锡、酸洗石棉、三氧化二锑、三氧化二铁、三氧化钨、氧化镍、氧化铜混合60min，然后加入纯水及无水乙醇继续研磨60min，在研磨过程中以手感确认在材料呈现无明显颗粒及结块时，即得第一涂层浆料；

制备第二涂层浆料：

将硅酸四乙酯、无水乙醇、盐酸、二丁基醚依次导入棕色试剂瓶中以手摇的方式顺时针混合15min，再逆时针混合15min，即得第二涂层浆料；

(3)将步骤(2)所得第一涂层浆料涂覆在气敏元件上，涂覆厚度为0.2mm，然后于630度烧结3小时，再涂覆第二涂层，涂覆厚度为0.05mm，于450℃烧结1.5小时。

按照实施例1的方法，将比较例1、2制备气敏元件试样。

下面对实施例1及比较例1、2所制备的带有抗干扰气敏涂层的气敏元件进行性能测试。实施例1及比较例1、2所述气敏元件应用于半导体可燃气体传感器中的测试结果如表2所示，表2内显示数据为仪器读数。在2000ppm酒精蒸汽环境中的读数减去零点值，即为传感器对2000ppm酒精的响应值，在5000ppm甲烷气体浓度中的数值减去零点值，即为传感器对5000ppm甲烷的响应值。5000ppm甲烷响应值减去2000ppm酒精响应值，即为抗酒精干扰差值。

表2实施例1及比较例1、2的气敏性能测试结果(单位/V)

从表2中可以看出，依据实施例1与比较例1、2相比，在2000ppm酒精干扰环境下和5000ppm甲烷环境，甲烷与干扰气体差值均能达到700mV以上的落差，且实施例1所制备的气敏元件对5000ppm甲烷响应数值和灵敏度均高于比较例1及比较例2。另外，比较例1及比较例2有效使用期限为6个月，持续通电6个月后第二涂层会失效，不能继续实现抗干扰，影响测量结果；而实施例1所述抗干扰气敏涂层超过6个月的重复使用，测量结果稳定，仍能有效实现抗干扰。

经检测，实施例2及实施例3均具有与实施例1相当的气敏性能，产品不仅一致性好，而且检测数据具有良好的稳定性，对于甲烷气体的检测区间为100～10000ppm；在气体浓度为5000ppm、工作温度为250～450℃的条件下，所述半导体可燃气体传感器读数值为3.8～4.0V(对应响应值为2.8～3.0V)，响应时间约3s；一般环境下，所述半导体可燃气体传感器恢复时间约20s，在排风设备良好的环境中应用，所述半导体可燃气体传感器恢复时间小于10s，并且经过持续12个月重复使用后，响应值无明显衰减。本发明采用一层涂层实现半导体可燃气体传感器抗含羟基基团的有机挥发性气体的干扰，避免反复高温烧结导致材料分解、相变及氧化，同时也减少了多道工序对基板的机械性能造成损伤。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种用于半导体可燃气体传感器的抗干扰气敏涂层，其特征在于，由混合浆料经涂覆、烧结而成，所述混合浆料由以下重量份数的原料制备得到：氧化锡180～220份、硫酸亚锡72～88份、酸洗石棉3.6～4.4份、催化载体45～55份、贵金属催化剂6.7～8.3份、三氧化钨6.3～7.7份、氧化镁3.0～3.8份、五氧化二钒2.7～3.3份、五氧化二锑1.4～1.8份、硅酸四乙酯250～310份、甲酸330～400份、乙二醇100～125份、N-甲基吡咯烷酮135～170份、无水乙醇140～175份、纯水180～220份。

2.根据权利要求1所述用于半导体可燃气体传感器的抗干扰气敏涂层，其特征在于：所述贵金属催化剂由铂黑与氯化钯按照质量比4:0.8～1.2混合而成。

3.根据权利要求1所述用于半导体可燃气体传感器的抗干扰气敏涂层，其特征在于：所述催化载体采用氧化铝。

4.权利要求1至3任一所述用于半导体可燃气体传感器的抗干扰气敏涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照重量份数准备混合浆料的各原料；

(2)在研磨混合的条件下，将催化载体、贵金属催化剂及纯水混合30～50分钟，再加入硫酸亚锡，混合20～40分钟后，升温至120～180℃并保温混合40～60分钟，冷却至室温；然后依次加入氧化锡、无水乙醇、N-甲基吡咯烷酮、氧化镁、三氧化钨、五氧化二钒、五氧化二锑、酸洗石棉、乙二醇、硅酸四乙酯及甲酸，继续混合20～40分钟，即得混合浆料；

(3)步骤(2)所得混合浆料经均匀涂覆后，于700～750℃烧结3～4小时，即得抗干扰气敏涂层。

5.根据权利要求4所述用于半导体可燃气体传感器的抗干扰气敏涂层的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述混合浆料采用丝网印刷技术进行涂覆，涂覆的厚度为0.15～0.25mm。

6.权利要求1至3任一所述抗干扰气敏涂层在半导体可燃气体传感器中的应用，所述半导体可燃气体传感器包括金属基座及封装在金属基座上的气敏元件，其特征在于：所述气敏元件包括从下至上依次设置的加热电阻层、加热电极层、基板、测试电极层及所述抗干扰气敏涂层；金属基座上插接有加热引脚及信号测量引脚，且加热引脚及信号测量引脚呈均匀阵列排布，加热引脚与加热电极层电性连接，信号测量引脚与测试电极层电性连接。

7.根据权利要求6所述抗干扰气敏涂层在半导体可燃气体传感器中的应用，其特征在于：所述加热电极层及测试电极层均采用插齿电极，插齿电极的端部连接有导电带，导电带上连接有引线，引线的另一端与加热引脚或信号测量引脚相连。

8.根据权利要求6所述抗干扰气敏涂层在半导体可燃气体传感器中的应用，其特征在于：所述基板采用96％氧化铝基板。

9.根据权利要求6所述抗干扰气敏涂层在半导体可燃气体传感器中的应用，其特征在于：用于检测甲烷、丙烷、异丁烷气体，抗酒精挥发、硅烷中毒干扰。

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