碳纳米管三电极气体传感器的极间距优化方法

摘要

本发明公开了一种碳纳米管三电极气体传感器的极间距优化方法，对碳纳米管三电极气体传感器的第一电极与第二电极、第二电极与第三电极的极间距进行优化。该方法通过设计极间距、构建由不同极间距传感器组成的传感器阵列、用已构建传感器阵列对已知浓度气体进行浓度检测、建立传感器阵列的极间距及其对应气体检测结果数据库、建立被测气体浓度定量分析模型、以及优化传感器阵列中各组成传感器的极间距等步骤，可有效获得针对不同检测气体所对应单个传感器的最佳极间距，和针对混合气体所对应传感器阵列中各组成传感器的最佳极间距，从而得到更高的检测灵敏度。

主权项

碳纳米管三电极气体传感器的极间距优化方法，对碳纳米管三电极气体传感器的第一电极与第二电极、第二电极与第三电极的极间距进行优化，所述碳纳米管三电极气体传感器的第一电极内表面分布碳纳米管薄膜基底，第二电极为设有引出孔的引出极极板，第三电极为收集极，三个电极由绝缘支柱相互隔离，三个电极中相邻两电极的极间距范围为50μm～250μm，其特征在于采用以下优化步骤：1)设计极间距由n个碳纳米管三电极气体传感器构成的传感器阵列中，第i个传感器的第一电极与第二电极的极间距为d_i1，第二电极与第三电极的极间距为d_i2，其中，i＝1，2，……，n，当n为1时，则指单个碳纳米管三电极气体传感器，每一个传感器的d_i1和d_i2有等间距和不等间距两种情况：等间距：d_i1与d_i2相等，d_i1或d_i2从50μm开始以步长S递增，直到d_i1或d_i2等于250μm，S为0μm‑200μm之间的任意整数；不等间距：d_i1与d_i2不相等，d_i1从50μm开始以步长S₁递增，直到d_i1等于250μm，d_i2从50μm开始以步长S₂递增，直到d_i2等于250μm，S₁和S₂均为0μm‑200μm之间的任意整数，当d_i1取前述数值中的一个值时，d_i2取与d_i1不同的值；2)构建由不同极间距传感器组成的传感器阵列针对单组分被测气体或由R种组分构成的混合气体，选定传感器个数n，n≥R，采用步骤1)中设计的极间距，分别构建m组n个不同等间距和不等间距的碳纳米管三电极气体传感器，形成m组不同极间距的碳纳米管三电极气体传感器阵列，m组传感器阵列中所有传感器的d_i1和d_i2是步骤1)中设计极间距所有可能的穷举或依据经验的选择；3)用已构建传感器阵列对已知浓度气体进行浓度检测采用标准气体制备多种不同浓度的单组分气体或多组分混合气体样本，采用由步骤2)构建的不同极间距的m组碳纳米管三电极气体传感器阵列分组进行检测，获得各被测气体样本的气体放电离子流值；4)建立传感器阵列的极间距及其对应气体检测结果数据库用所有m组碳纳米管三电极气体传感器阵列中各组成传感器的d_i1和d_i2、检测气体样本获得的气体放电离子流值以及被测气体的浓度建立极间距及其对应气体检测结果数据库；5)建立被测气体浓度定量分析模型采用支持向量机法，以步骤4)所建立数据库中被测气体放电离子流值为输入，以其对应气体浓度为输出，建立被测气体浓度定量分析模型；6)优化传感器阵列中各组成传感器的极间距采用由步骤5)建立的被测气体浓度定量分析模型对所有被测气体样本的气体浓度进行分析，获得被测气体的检测浓度；将被测气体的检测浓度与其对应的实际浓度求差值，再除以被测气体的实际浓度，获得检测该气体的相对误差；采用粒子群优化算法，以被测气体检测的相对误差最小为目标，对由步骤2)构建的m组碳纳米管三电极气体传感器阵列中各组成传感器的d_i1和d_i2进行优化选择，最终获得检测该气体的碳纳米管三电极气体传感器阵列中各传感器的最佳极间距。