一種納米呼吸傳感器及其制備方法技術

一種納米呼吸傳感器及其制備方法，屬傳感器技術領域。本發明專利技術包括敏感單元和恒壓傳感電路，敏感單元微電極對的一端接入恒壓電源，另一端接入放大器，電流放大后經模擬/數字轉換器接入單片機，信號經處理后可由存儲器進行存儲，并由液晶顯示器顯示。當呼吸氣流通過氧化鋅納米線時，氧化鋅的電導發生變化，可用于監測不同呼吸頻率和強度的納米呼吸傳感器，并對異常呼吸進行聲光報警。本發明專利技術具有如下的有益效果：器件結構簡單，制備成本低，可批量生產；工作電壓低、功耗小、安全可靠；響應速度快、靈敏度高、抗干擾能力強.與人體完全非接觸，使用舒適度高。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】，屬傳感器
。本專利技術包括敏感單元和恒壓傳感電路，敏感單元微電極對的一端接入恒壓電源，另一端接入放大器，電流放大后經模擬/數字轉換器接入單片機，信號經處理后可由存儲器進行存儲，并由液晶顯示器顯示。當呼吸氣流通過氧化鋅納米線時，氧化鋅的電導發生變化，可用于監測不同呼吸頻率和強度的納米呼吸傳感器，并對異常呼吸進行聲光報警。本專利技術具有如下的有益效果：器件結構簡單，制備成本低，可批量生產；工作電壓低、功耗小、安全可靠；響應速度快、靈敏度高、抗干擾能力強.與人體完全非接觸，使用舒適度高。【專利說明】
本專利技術涉及一種傳感器
的器件及其制備方法，具體地說，是涉及。
技術介紹
呼吸異常是許多突發疾病的先兆，因此，對異常呼吸的監測在醫學上具有重要意義。目前用于呼吸監測的傳感器主要有熱敏式、壓差式和壓電式等，其中，熱敏式傳感器通過呼吸引起的溫度變化獲得呼吸信號，易受環境溫度影響；壓差式傳感器通過氣壓變化獲得信號，要求使用者佩戴口罩，舒適度較差；壓電式傳感器受敏感材料敏感度限制，體積較大，成本高。現有呼吸傳感器結構復雜，不利于一次性使用，消毒程序繁瑣。隨著家庭護理概念的日益普及，急需一種小型化、低成本的便攜式呼吸傳感器。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術中的不足之處，提供一種納米呼吸傳感器。本專利技術利用氧化鋅納米線的表面效應，當呼吸氣流通過氧化鋅納米線時，氧化鋅的電導發生變化，根據測量的電流曲線變化，從而監測不同頻率和強度的呼吸狀況。 本專利技術是以如下技術方案實現的:一種納米呼吸傳感器，其包括敏感單元、恒壓電源、放大器、模擬/數字轉換器、單片機、液晶顯示器、存儲器和報警裝置；敏感單元的一端接入恒壓電源，另一端接入放大器，電流放大后經模擬/數字轉換器接入單片機，信號經處理后可由存儲器進行存儲，并由液晶顯示器進行顯示，并可通過報警裝置對異常信號進行報警；其中敏感單元包括襯底、分布在襯底上的微電極對和搭接在微電極對間的敏感元件氧化鋅納米線，敏感元件與微電極對之間形成牢固可靠的低電阻接觸。 恒壓電源的輸出電壓為1-3伏。 報警裝置為聲光報警，由蜂鳴器和二極管組成。 敏感單元的微電極對間距為100-5000納米，電極高度為50-1000納米，電極材料選自金、鉑、鈦、銅、鋁中的一種。 敏感單元的氧化鋅納米線的直徑為10-500納米，長度為100-6000納米。 納米呼吸傳感器的制備方法包括: 步驟一，用微加工方法制備微電極對； 步驟二，用電泳方法在微電極對間定向組裝氧化鋅納米線； 步驟三，用高頻超聲波能量鍵合微電極對上的氧化鋅納米線，使其與微電極間形成可靠的低電阻接觸，從而形成敏感單元； 步驟四，通過模擬電路形成電源和放大器，通過數字電路和單片機形成模擬/數字轉換、液晶顯示器、存儲和報警裝置； 步驟五，敏感單元輸出的電流信號經過運算放大器電路處理，轉換為電壓信號，被模擬/數字轉換器采集并轉化為數字信號，最終由單片機進行處理； 經過上述步驟，當呼吸氣流通過氧化鋅納米線時，氧化鋅的電導發生變化，根據液晶顯示器顯示的電流曲線變化和報警裝置對異常信號的報警，即可得到用于監測不同呼吸頻率和強度的納米呼吸傳感器。 步驟二中，電泳電壓采用交流電，頻率為103-107赫茲，電壓峰峰值為1-30伏，電泳液選自去離子水、乙醇、丙酮、乙二醇、異丙醇中的一種或兩種混合。 步驟三中，所述高頻超聲波通過焊頭作用在氧化鋅納米線與微電極對間的接觸面，超聲波頻率為105赫茲，功率為1-1000瓦，焊頭振幅為10-1000納米，氧化鋅納米線與電極材料發生原子的互擴散而形成牢固可靠的低電阻接觸。 【專利附圖】【附圖說明】 圖1是本專利技術所涉及的一種納米呼吸傳感器的結構示意圖。 圖2是本專利技術所述電泳法制備的納米呼吸傳感器的掃描電子顯微鏡圖。 圖3是本專利技術所述的納米呼吸傳感器測試正常呼吸的電流曲線。 圖4是本專利技術所述的納米呼吸傳感器測試非正常呼吸的電流曲線。 【具體實施方式】 下面對本專利技術的實施例作詳細說明:本實施例在以本專利技術技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本專利技術的保護范圍不限于下述的實施例。 實施例1、 一種納米呼吸傳感器，其包括敏感單元1、恒壓電源2、放大器3、模擬/數字轉換器4、單片機5、液晶顯示器6、存儲器7和報警裝置8 ；敏感單元1的一端接入恒壓電源2，另一端接入放大器3，電流放大后經模擬丨數字轉換器4接入單片機5，信號經處理后可由存儲器1進行存儲，并由液晶顯示器6進行顯示，并可通過報警裝置8對異常信號進行報警；其中敏感單元1包括襯底9、分布在襯底上的微電極對10和搭接在微電極對間的敏感元件氧化鋅納米線11，敏感元件與微電極對之間形成牢固可靠的低電阻接觸；制備方法包括: 步驟一，利用[10:-0打微加工方法在娃片襯底上制備微電極對。首先在娃片上干氧氧化一層二氧化硅絕緣層，將硅片在1801:下烘烤3小時；甩第一層11代-0打專用膠，在2001烘片30分鐘；甩第二層膠，在901:烘片30分鐘；曝光20秒，顯影23秒。然后在圖形化的硅片上濺射沉積金。最后在二甲亞砜中浸泡，超聲，去掉光刻膠及其上多余的金屬，得到圖形化的微電極對，電極間距為500納米，高度為50納米。 步驟二，用電泳方法在微電極對間組裝氧化鋅納米線，使氧化鋅納米線定向搭接在電極之間，并通過溶液濃度、電泳電壓、頻率等參數控制搭接在電極間的納米線數目。交流電壓峰峰值為1伏，頻率為106赫茲；將直徑為150納米、長度為4000納米的氧化鋅納米線分散到異丙醇和去離子水的混合溶液中作為電泳液；在微電極對間滴加一滴電泳液，溶液蒸發后可使一根氧化鋅納米線定向組裝在電極之間，如圖2所示。 步驟三，用高頻超聲波能量鍵合搭接后的氧化鋅納米線。施加在焊接機焊頭上的超聲頻率為105赫茲，功率為1瓦，焊頭振幅為100納米；在超聲能量的作用，氧化鋅納米線與金屬電極的接觸處發生原子的互擴散，從而使氧化鋅納米線牢固焊接在微電極上，形成可靠的電學接觸。 步驟四，通過模擬電路形成電源和放大器，通過數字電路和單片機形成模擬/數字轉換、液晶顯示器、存儲和報警裝置。 步驟五，敏感單元接入1伏電源，輸出的電流信號經過基于運算放大器的電流丨電壓轉換放大器，經模擬/數字轉換器接入單片機，單片機對信號進行幅值解調，并利用自身內部資源編寫存儲器和液晶顯示器模塊，進行數據存儲和顯示。 經過上述步驟，當呼吸氣流通過氧化鋅納米線時，由于表面的吸附作用，氧化鋅的表面電導率發生變化，在一定的電壓下，電流隨著呼吸氣流的變化而變化，根據測量的電流曲線，可以得到用于監測正常呼吸頻率和強度的納米呼吸傳感器，液晶顯示器顯示曲線如圖3所示。 實施例2、 一種納米呼吸傳感器，其包括敏感單元1、恒壓電源2、放大器3、模擬/數字轉換器4、單片機5、液晶顯示器6、存儲器7和報警裝置8 ；敏感單元1的一端接入恒壓電源2，另一端接入放大器3，電流放大后經模擬丨數字轉換器4接入單片機5，信號經處理后可由存儲器1進行存儲，并由液晶顯示器6進行顯示，并可通過報警裝置8對異常信號進行報警；其中敏感單元1包括襯底9、分布在襯底上的微電極對1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種納米呼吸傳感器，其包括敏感單元(1)、恒壓電源(2)、放大器(3)、模擬/數字轉換器(4)、單片機(5)、液晶顯示器(6)、存儲器(7)和報警裝置(8)；敏感單元(1)的一端接入恒壓電源(2)，另一端接入放大器(3)，電流放大后經模擬/數字轉換器(4)接入單片機(5)，信號經處理后可由存儲器(7)進行存儲，并由液晶顯示器(6)進行顯示，并可通過報警裝置(8)對異常信號進行報警；其中敏感單元(1)包括襯底(9)、分布在襯底上的微電極對(10)和搭接在微電極對間的敏感元件氧化鋅納米線(11)，敏感元件與微電極對之間形成牢固可靠的低電阻接觸。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙波，王楠，齊紅霞，
申請(專利權)人：江蘇師范大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32