一种三维纳米气体传感器的制作方法

1.本发明涉及传感器设备领域，尤其涉及一种三维纳米气体传感器。


背景技术：

2.近些年，各大媒体频繁报道突发性毒气泄漏事件，人们对于检测有毒气体泄露也越来越关注。有毒气体如一氧化碳、硫化氢、二氧化碳、二氧化硫等对人体产生重大危害，然而，由于传统的有毒气体检测方法测试时间长，测试仪器需要专业人员进行操作，操作繁杂，且不易现场使用，所以得不到有效推广。一般情况下，需要使用有毒气体检测装置的是非专业人员，为了能够在较大的地域内对有毒气体进行快速检测，这就要求有毒气体检测装置必须具有响应速度快、操作简单、微型化和便携式的特点。
3.有毒气体检测涉及到气体传感器技术，目前气体传感器有很多种类型，其中半导体型气体传感器由于其便于小型化集成电路设计、成本低廉、批量大等优点被广泛使用。然而，大多数半导体型气体传感器由于制造过程繁杂、成本高、气体浓度低时灵敏度低、稳定性不好、只能检测单一的有毒气体等。这一系列问题使其不能很好地应用于有毒气体检测装置上。
4.另外，当今社会发展越来越快，无线连接技术、网络技术及与电子技术的结合程度越来越高，智能化和人性化要求也越来越高。将气体传感器与无线连接技术、网络技术相结合，对有毒气体进行同步检测、实时监测极大方便人们及时检测到有毒气体。因此，如何制造出一种微型、可靠、便携、高灵敏度、能实时监测不同有毒气体的检测系统具有十分重要的意义。
5.现有技术中如公开号为cn105900236b的专利文献公开了一种半导体传感器设备包括：衬底；非适合晶种层，位于衬底上方；至少一个电极，位于非适合晶种层上方；以及多孔传感层，直接由非适合晶种层支持并且与至少一个电极电通信，多孔传感层定义使用原子层沉积通过在非适合晶种层上的间隔开的成核而形成的多个晶界。
6.cn106706728b公开了一种高灵敏度的二氧化氮传感器，包括圆柱形的陶瓷管，陶瓷管两端中心插装有陶瓷端帽，陶瓷管内设有螺旋电热丝，螺旋电热丝的两端经导线从陶瓷端帽的中心孔引出，陶瓷管一端的端面上设有au参考电极，陶瓷管另一端的端面上设有au工作电极，au工作电极外覆盖有tio敏感电极，参考电极及敏感电极上分别引出有pt引线，在陶瓷管外周设有纳米铟锡氧化物制成的喷涂烧结层，在喷涂烧结层外设有若干金线，金线连接在工作电极和参考电极之间。该传感器对水蒸气、汽油、一氧化碳等气体不敏感，其制造方便，检测灵敏，可用于气体环境中no2浓度的检测。
7.上述申请文件提供了采用多孔传感层对待检测气体进行吸附后发生传感反应的方式检测气体，尤其是基于传感层的电学性质变化对待检测气体的种类进行判断，但是，传感层能够接触吸附待检测气体分子的比表面积较小，电学性质变化无法准确响应于待检测气体与传感层的传感反应，当待检测气体分子的浓度较低时，检测灵敏度差，无法准确测量待检测气体分子的种类，且只有位于表面的传感颗粒能够接触到待检测气体，位于内部的
传感颗粒由于分子间距较小，无法容纳待检测气体进行感测，感测效率不高。
8.此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。


技术实现要素：

9.为解决上述现有技术中至少一部分不足之处，本技术提供一种三维纳米气体传感器，其包括：传感层，能够基于待检测气体的接触和传感反应改变自身电学性质；催化层，用于加快传感层发生传感反应时改变自身电学性质的过程；双通aao纳米管，用于提供传感层和催化层沉积所需的载体并传递传感层的电学参数；在双通aao纳米管内壁上依次沉积传感层和催化层之前，对双通aao纳米管进行“粗糙化”处理以鼓励传感层和催化层按不匹配的方式沉积集成在双通aao纳米管内壁面上。本发明通过使用刻蚀或冲击研磨的方式对双通aao纳米管内壁面进行刻槽或嵌孔，使得传感层和催化层不以紧密贴合堆叠至内壁，刻槽或嵌孔的存在为传感层和催化层顺利沉积集成在纳米管内壁提供集成基础，使得传感层和催化层能够容易地集成。进一步地，粗糙化处理的aao纳米管内壁能够阻挡传感颗粒沉积时的紧密堆叠方式，传感颗粒之间不规则间隙排布，使得传感颗粒之间的孔隙增大，待检测气体能够从传感层表面通过孔隙进入传感层内部进行检测，提高了传感层的使用率，进一步提高了传感层的传感效率。
10.优选地，组成传感层的传感颗粒在不匹配沉积的方式下，传感颗粒在其限定的颗粒边界上至少与一个其他颗粒有接触点，接触点之间围成能够容纳待检测气体分子的封框。在传感颗粒不贴合堆叠的情况下，待检测气体分子能够通过传感颗粒之间的孔隙进入由传感颗粒围成的封框内，并与传感颗粒发生传感反应。进入封框内的气体分子在封框的影响下能够与传感颗粒保持接触，不易于发生感测中断，检测失败的情况。
11.优选地，双通aao纳米管的纳米管两端联通，纳米管之间无空隙均匀阵列排布。采用两端联通的双通aao纳米管对待检测气体分子进行检测时，能够减少由于一端封闭导致的气体流动性较差以及存在位于aao纳米管深处的传感层无法进行检测工作的问题，极大程度上提高了气体传感器的检测灵敏度。
12.优选地，双通aao纳米管第三方向两端分别设置有第一电极板和第二电极板，第一电极板和第二电极板相对设置。
13.优选地，第二电极板第三方向负方向设置有氧化物层，氧化物层第三方向负方向设置有加热层，氧化物层能够将加热层产生的热量以均匀传导的方式传递至双通aao纳米管内。通过在双通aao纳米管和加热层之间设置氧化物层的方式能够控制加热层产生的热量进入双通aao纳米管的速率，防止温度变化过快导致双通aao纳米管检测失灵的情况。
14.优选地，加热层第三方向负方向设置有用于增强三维纳米气体传感器的物理强度的强化层。在纳米传感器中加入强化层(也称衬底)能够增强传感器的机械强度，以防止三维纳米传感器在封装、运输和安装过程中被损坏。
15.优选地，双通aao纳米管管口不完全封闭沉积有聚合层，聚合层的厚度h匹配于双通aao纳米管的管径r，优选地，聚合层的厚度设置为：r/10《h《r/2；更优地：聚合层的厚度设
置为：r/4《h《r/3。本发明通过在双通aao纳米管的至少一端管口内沉积聚合层的方式，减少直接从纳米管管口一端穿过纳米管另一端管口逸出的未被检测的待检测气体分子的数量，提高了本装置的检测灵敏度。
16.优选地，聚合层在气体传感器对待检测气体分子进行检测时，部分待检测气体分子能够以在双通aao纳米管的管内靠近管口处形成涡流的方式循环运动。靠近纳米管管壁的待检测气体分子在接触到聚合层时在自身分子热运动和从纳米管轴线位置穿出的气流的作用下在管内靠近聚合层位置形成涡流，并在涡流的作用下能够多次靠近纳米管管壁直至发生传感反应，增加了待检测气体分子与传感层接触的概率，减少了只有贴近纳米管管壁的待检测气体分子才能被检测的问题，提高了本装置的检测能力。
17.优选地，聚合层的材料组份能够与传感层的材料组份相同，使得双通aao纳米管能够对纳米管管口附近未能穿过聚合层进入双通aao纳米管的待检测气体分子进行检测。聚合层使用与传感层材质相同的材料，使得聚合层能够将由于聚合层阻挡不能进入纳米管进行检测的气体分子进行管外检测，克服了只能通过管内传感检测的问题。聚合层一定程度上还增加了能够接触至待检测气体分子的传感颗粒的感测面积，进一步提高了感测灵敏度。
18.优选地，气体传感器还包括与第一电极板、第二电极板和双通aao纳米管串联的阻抗和为该串联电路提供电压的传感器电压源，使得基于阻抗的电压降能够判断待测气体分子的种类。
19.本发明至少具有以下优点：
20.1.单位面积加热效率高：双通aao纳米管的纵向热传导要优于横向热传导，可使大部分热量沿着纳米管进行纵向传输而减少横向的热量损耗；
21.2.可实现更低功耗下的更高的灵敏度：将气敏材料沉积在纳米管壁上可获得极高的比表面积，从而实现与气体分子更充分的接触与更高的灵敏度，降低了传感器所需的工作温度。配合高加热效率的微型加热器，可实现更低功耗下的更高的灵敏度；
22.3.可以提高传感器在待检测气体的浓度较低的情况下的感测能力，提高了待检测气体分子接触在传感层上发生传感反应的几率，从而将感测效果放大；
23.4.增加了双通aao纳米管在管外对待检测气体分子进行检测的能力，提高了检测效率；
24.5.减少了双通aao纳米管的管内热量散失，提高了能量利用率，节省检测过程中的能量。
附图说明
25.图1是本发明的结构示意图；
26.图2是本发明的电路连接示意图；
27.图3是本发明的双通aao纳米管内壁沉积示意图；
28.图4是本发明的单个纳米管纵向剖视图；
29.图5是本发明的单个纳米管俯视图；
30.图6是本发明的靠近聚合层位置的待检测气体的流线图。
31.附图标记列表
32.100：三维纳米气体传感器；101：气体传感器设备；102：传感器电压源；103：加热电压源；104：阻抗；105：强化层；106：氧化物层；107：加热层；109：第一电极板；110：第二电极板；111：传感层；112：催化层；113：传感颗粒；114：封框；115：双通aao纳米管；116：聚合层；117：涡流。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明进行详细说明。
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
36.在本发明的描述中，需要理解的是，“第一方向”是指平行于轴线x的方向，“第二方向”是指平行于轴线y的方向，“第三方向”是指平行于轴线z的方向。
37.如图2示出的三维纳米气体传感器100的示范性实施例包括气体传感器设备101(示出为电连接至传感器电压源102)、加热电压源103和阻抗104。传感器电压源102和加热电压源103为直流电压源，其分别用于维持气体传感器设备101的压力值和维持加热器的加热功率。阻抗104为已知电阻量的任意电阻设备组成。如图1所示的气体传感器设备101包括强化层105、氧化物层106、加热层107、双通aao纳米管115、第一电极板109、第二电极板110和传感层111。强化层105通常由硅晶体中的硅层形成。强化层105用于提高本三维纳米气体传感器100的物理强度，在本领域中即为衬底。氧化物层106位于加热层107和第二电极板110之间，其配置为隔离加热层107的热量直接传导至aao纳米管上，保持热量传导速率。优选地，氧化物层106可以是二氧化硅(sio2)或其他绝缘材料形成。加热层107位于强化层105和氧化物层106之间并电连接到加热电压源103。加热层107是当有电流通过时能够将电能转化为热能的材料。加热层107的热功率被配置为其产生的热量经氧化物层106阻隔均匀传导至传感层111后适合传感层111接触气体并发生电阻变化时所需温度环境。优选地，用于形成加热层107的其他适合材料可以是二氧化硅、铂和复合材料等。
38.如图1示出的气体传感器设备，双通aao纳米管115为阳极氧化铝纳米管，厚度优选为100nm～100um，孔径优选为100nm～1um；双通aao纳米管115为多孔蜂窝结构。双通aao纳米管115的纳米孔为下端封闭，上端与外界联通的试管状结构。双通aao纳米管115的孔壁依次沉积有传感层111和催化层112。传感层111优选地为sno2，当然，在其他实施例中，传感层111也可以是tio2、zno等金属氧化物。与传感器电压源102电接的第一电极板109和第二电极板110分别设置在双通aao纳米管115的上表面和下表面，其中，第一电极板109和第二电极板110分别以不完全覆盖双通aao纳米管115表面的方式设置在aao纳米管上下两端。第一
电极板109和第二电极板110分别贴合至双通aao纳米管115表面并与aao纳米管接触串联。传感层111位于双通aao纳米管115内壁面，其中，传感层111与双通aao纳米管115以不匹配的方式集成，该集成方式适于传感层111在双通aao纳米管115管壁上以间隔开的，不紧密吸附的方式沉积。
39.根据一种优选实施方式，采用刻蚀或冲击研磨的方式将双通aao纳米管115的内壁“粗糙化”以鼓励传感层111沉积在双通aao纳米管115内壁。优选地，“粗糙化”包括在双通aao纳米管115内壁结晶或形成某些将传感层111的氧化物间隔开的隔断等方式。
40.根据一种优选实施方式，双通aao纳米管115上下两端的第一电极板109和第二电极板110可以是本领域技术人员能够想象到的任何导电材料组成。优选地，第一电极板109和第二电极板110由钛形成并通过双通aao纳米管115彼此电隔离。第一电极板109和第二电极板110之间的布置间距由双通aao纳米管115的纵向长度限定。第一电极板109和第二电极板110具有上下垂直相对的部分，将第一电极板109和第二电极板110上下垂直相对的部分标记为重叠部分。氧化物层106设置在第二电极板110的下表面。加热层107，生长于氧化物层106的下表面，加热层107与重叠部分上下垂直相对。强化层105设置在加热层107下表面用于增加本装置的物理强度。优选地，强化层105的面积大于氧化物层106大于双通aao纳米管115的横向面积。
41.根据一种优选实施方式，传感层111沉积在双通aao纳米管115内壁上，基于aao纳米管极高的比表面积，为气体分子能够充分接触至传感层111并充分反映以获得更高的灵敏度。加热层107与第一电极板109和第二电极板110的重叠部分在双通aao纳米管115的纵向方向上相对设置，由于双通aao纳米管115在沿轴线方向上的热量传导效率高于沿其径向方向的热量传导效率，加热层107和电极的设置方式能够实现更低热量损耗下的更优气体传感灵敏度。氧化物层106作为绝缘层，在实现将加热层107与双通aao纳米管115隔离的同时将加热层107的热量以均匀传导的方式传输至传感机构并保持双通aao纳米管115所处位置的恒温环境。优选地，氧化物层106可以是由sio2组成的层级结构，为保证加热层107传递至双通aao纳米管115的热量都经过氧化物层106的阻隔传导，氧化物层106的面积设置为大于加热层107的面积。优选地，虽然本实施例中示出电极的数量为二，但是电极板的数量还可以是纵向相对布置的任何数目。
42.根据一种优选实施方式，传感层111沉积在第一电极板109和第二电极板110之间的双通aao纳米管115的“粗糙化”内壁上。传感层111与第一电极板109和第二电极板110电通信，使得电流能够通过传感层111在第一电极板109和第二电极板110之间流动。传感层111的厚度小于双通aao纳米管115的纳米管半径。传感层111的沉积厚度取决于气体传感器设备101的期望厚度，使得在不影响气体从双通aao纳米管115中穿过的同时尽可能多地沉积传感层111的组成粒子。优选地，用于形成传感层111的沉积材料可以是二氧化锡(sno2)、氧化锌(zno)和三氧化钨(wo3)等金属氧化物。传感层111和第一电极板109、第二电极板110和阻抗104串联到传感器电压源102上。
43.根据一种优选实施方式，如图3所示，双通aao纳米管115的孔壁上为双层沉积结构。在向双通aao纳米管115孔壁上沉积催化层112之前，先在双通aao纳米管115孔壁上沉积传感层111。传感层111以不匹配的方式集成在双通aao纳米管115的孔表面上。催化层112在传感层111以不匹配的方式集成在双通aao纳米管115的基础上，进一步以不匹配的方式继
续集成在传感层111表面。催化层112用于在传感层111吸附并和待检测气体反应时加快该反应速率以提高气体传感器设备101的检测灵敏度。根据附图3，“粗糙化”的双通aao纳米管115的孔壁上的不匹配集成沉积有传感颗粒，传感颗粒的存在进一步使得催化层112以进一步不匹配集成的方式沉积在催化颗粒上。“不匹配”的集成方式适于传感颗粒113之间在双通aao纳米管115的内壁上以间隔开的、不紧密堆叠的方式沉积。由于双通aao纳米管115的内壁粗糙导致传感颗粒113非紧密排列。传感层111是由多个传感颗粒113形成的不完全封闭结构。每个传感颗粒113在其限定的颗粒边界上至少与一个其他传感颗粒113接触，由多个接触点围成的空间称之为封框114。传感颗粒113被配置为形成尽可能多的接触点，使得传感层111在沉积时能够形成尽可能多的封框114。待检测气体分子能够进入封框114与传感颗粒113接触并反应传感，使得传感层111能够更易于与待检测气体分子接触并检测。
44.根据一种优选实施方式，“不匹配”集成的传感颗粒113具体结构为：任一传感颗粒113被周围多个其他传感颗粒包围，该传感颗粒113与其他传感颗粒至少有一个接触点，其他传感颗粒相邻的两个传感颗粒之间也有一个接触点。传感颗粒113与其他颗粒之间的接触点配合相邻传感颗粒的接触点形成由多个接触点围成的不完全封闭的封框114。任意相邻的两个封框114之间仅通过接触点不完全封闭隔开，既所有的封框114之间都是相互连通的，待检测气体分子能够从处于表层的封框114依次穿过多个封框后进入传感层111深处的封框114并与传感颗粒113发生传感反应。通过在传感颗粒113之间形成可以供待检测气体分子进入的封框114，使得传感层111能够接触待检测气体分子的部位不仅仅局限于传感层111表层，处于靠近双通aao纳米管115内壁位置的传感颗粒也能与待检测气体分子进行接触并发生传感反应，提高了传感层111的传感颗粒113利用率。
45.根据一种优选实施方式，气体传感器设备101被配置为能够检测空间中的一种或多种待检测气体的存在，其中，待检测气体可以是氨气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳或挥发性有机化合物等。归结于本三维纳米气体传感器100的微观结构，本装置可以依据搭载物形状设置在各领域应用中检测气体：家庭厨房、智能设备、汽车尾气排放系统、电子设备制造车间、加油站、储气室等本领域技术人员能够想象到的任何需要进行气体检测的应用场所。
46.根据一种优选实施方式，结合图1和图2，加热电压源103施加电压到加热层107。响应于电压，加热层107被加热到至少匹配加热电压源103和加热层107的电阻的数值的温度。加热层107产生的温度经由氧化物层106均匀传导后被传递到双通aao纳米管115上的传感层111。传感层111在加热时间段内由加热层107加热到感测温度。感测温度至少基于待检测气体和传感层111的感测温度和三维纳米气体传感器100所处位置的温度的性质。例如，感测温度范围为200～300℃，由于传感层111的厚度为纳米级别，其与加热层107之间即使存在氧化物层106，宏观上来说传感层111和加热层107之间的距离也可忽略不计，所以加热层107基本能够即刻地对传感层111进行加热至感测温度。优选地，为了实现小区域加热的效果，本实施例中提供一种折叠加热的电阻丝。加热电极优选地为矩形结构，由于折叠加热的电阻丝长度大于加热电极，宽度远小于加热电极，所以加热层的发热部分主要集中在折叠加热的电阻丝上。因此可以起到小区域加热的作用。由于双通aao纳米管115为多孔结构，其纵向的热传导系数要大于横向热传导系数，因此横向的热损耗较小，可在纵向上获得更高的加热效率。
47.传感层111被加热到感测温度之后，来自传感器电压源102的电压建立通过第一电
极板109、传感层111、第二电极板110和阻抗104的电流。该电流的数值至少基于第一电极板109、传感层111、第二电极板110和阻抗104的组合电阻，且由于第一电极板109、传感层111、第二电极板110和阻抗104之间相互串联，通过它们的电流是相等的。在将三维纳米气体传感器100放置到含有待检测气体或不含有待检测气体时的空间内时，气体传感器设备101与阻抗104形成分压电路，并且通过检测该阻抗104的电压降来确定所处空间内是否含有待检测气体。特别地，如果待检测气体是还原气体，则随着待检测气体进入并吸附结合在传感层111上，传感层的电阻降低通过的电流增加；如果待检测气体是氧化气体，则随着待检测气体进入并吸附结合在传感层111上，传感层的电阻增加通过的电流降低。由外接的电路检测阻抗104两端的电压变化趋势对电流的改变情况进行监测。
48.根据一种优选实施方式，双通aao纳米管115是两端联通的蜂窝状结构。双通aao纳米管的制备方式如下(具体可参见cn201710321598.8)：
49.s1：选择纯度为5n的铝片，切割为矩形之后依次经过去离子水清洗和电化学抛光；
50.s2：将完成步骤s1的的铝片进行二次阳极氧化；
51.s3：将经二次阳极氧化的铝片切割后再于铝片a面喷一层金层，在塑封膜上开圆孔，然后将铝片a面与铝箔贴合并用塑封机对其进行双面塑封，其中铝片被全部塑封，铝箔未被全部塑封；铝片b面正对着塑封膜上开的孔，使b面不被塑封膜完全覆盖，即b面塑封后有一个未被塑封的圆孔；
52.s4：将塑封后铝片b面未被塑封区域的氧化铝层用氢氧化钠溶液去掉，随后使用饱和氯化铜溶液去掉其铝基底，然后用磷酸对去掉铝基底的模板表面进行去阻挡层和扩孔处理，最后去离子水清洗吹干得到双通aao纳米管模板；
53.s5：配制haucl溶液，以铂片电极为辅助电极，甘汞电极为参比电极以及s4制得的双通aao纳米管模板为工作电极的三电极体系电沉积au纳米线。
54.根据一种优选实施方式，三维纳米气体传感器100的制备方法如下：
55.步骤一：在双通aao纳米管115的内壁上沉积纳米级的传感颗粒113以形成传感层111；当传感颗粒113种类选择为sno2时，具体的沉积方式如下：以四二甲氨基锡为锡源，打开ald锡源阀门300ms，关闭锡源泵阀，锡源在腔体内停留30s，打开氨水泵阀清洗腔体30s；打开ald气态水源阀门持续30ms，关闭气态水源泵阀，气态水在腔体内停留30s，打开氨气泵阀清洗腔体5s。这样一个循环内双通aao纳米管115的内壁上沉积的sno2的厚度为0.1nm，多次循环沉积后得到适于双通aao纳米管115管径的传感层薄膜之后，在空气中进行高温煅烧固化。
56.步骤二：在传感层111表面分布催化剂纳米颗粒；优选地，形成催化层112的催化剂纳米颗粒材料可以是铂纳米颗粒，具体分布方式如下：将已沉积传感层111的双通aao纳米管115浸没在带有催化剂颗粒的溶液中。旋转双通aao纳米管115或使用其他方式移动双通aao纳米管115以促使催化剂颗粒渗透到双通aao纳米管115的管内壁。
57.步骤三：在双通aao纳米管115的上表面蒸镀第一电极板109，在双通aao纳米管115的下表面蒸镀第二电极板110；第一电极板109和第二电极板110具有上下垂直相对的部分，将该上下垂直相对的部分标记为重叠部分。
58.步骤四：在第二电极板110的下表面沉积氧化物层106，并保证氧化物层106面积匹配于加热层107的面积。优选地，氧化物层106的材质可以是sio2。
59.步骤五：在氧化物层106的下表面蒸镀加热层107，加热层107包括加热电极和与加热电极电连接的电阻丝，电阻丝与上述重叠部分上下垂直相对。具体地：在氧化物层106的下表面，通过热蒸发和电子束蒸发技术在高真空环境下蒸镀金属层或金属堆积物作为加热层107。
60.步骤六：在加热层107下表面沉积强化层105。强化层105用于增加三维纳米气体传感器100的物理强度。优选地，强化层105的材质可以是sio2。
61.步骤七：对三维纳米气体传感器100进行封装。优选地，将aao器件切割至适合于其使用目的的任意大小后，使用导电胶将aao器件封装在陶瓷管中。
62.根据一种优选实施方式，双通aao纳米管115区别于传统单通aao纳米管，双通aao纳米管的两端都能容纳待检测气体进入进行检测。传统单通aao纳米管在待测气体进入进行检测时，其纳米管内部本身存积有部分其所处环境气体，在对待检测气体进行检测时只能依靠待检测气体分子的无规则运动将纳米管内原有气体分子挤出后进入纳米管内壁接触传感层，使得待检测气体分子进入纳米管的速率较低，传感层111能够接触并与待检测气体分子的传感反应需要的时间较长。同时待检测气体分子大部分吸附在纳米管靠近管口位置，造成待检测气体分子将在管口堆积，而纳米管深处沉积的传感层只能吸附少量或不能吸附待检测气体进行传感反应。这种现象极大程度上减少了三维纳米气体传感器的检测灵敏度。双通aao纳米管115两端都能容纳待检测气体进入，纳米管内气体流通性强，使得待检测气体分子能够更容易地进入纳米管与传感层111吸附并发生反应。双通aao纳米管115两端联通，不存在气体分子流动困难死角，待检测气体分子能够充分接触纳米管上的传感层111并进行传感反应。
63.根据一种优选实施方式，如图4，双通aao纳米管115两端管口以不完全封闭的方式沉积形成有聚合层116。聚合层116的材质可以是和传感层111材质相同的sno2颗粒。优选地，可以通过本领域技术能够想象到的任意方法将sno2颗粒以不完全封闭双通aao纳米管115管口的方式沉积在纳米管管壁靠近管口位置，例如，将已完成传感层111沉积的双通aao纳米管以轴线垂直于四二甲氨基锡水平面的方式贴近并接触四二甲氨基锡溶液，使用氨水泵阀对反应部分进行冲洗；打开ald气态水源阀门持续30ms，关闭气态水源泵阀，气态水在管口沉积部位停留30s，打开氨气泵阀清洗管口5s。这样一个循环可在双通aao纳米管115管口沉积0.1nm厚度的sno2。经过多次循环操作即可在双通aao纳米管115两端管口沉积形成本领域技术人员想要达到的任意目标厚度的聚合层116。双通aao纳米管115两端联通时，进入纳米管的气体分子只有靠近管壁部分的气体分子才能与传感层111接触并发生传感反应。其余部分会在自身热分子运动作用下穿过纳米管。当待测气体分子的浓度较低时，能够吸附到纳米管管壁上的待检测气体分子数较少，传感层111吸附并与待检测气体分子发生传感反应的程度较低，通过传感层111的电流发生变化的幅度较低，依据阻抗104的电压降范围对是否检测到待检测气体分子进行判断的准确度较低。即，当较低浓度的气体分子进入双通aao纳米管时，只有少量靠近纳米管管壁的待检测气体分子可以吸附并与传感层111发生传感反应，剩余大部分气体分子穿过双通aao纳米管不与传感层111发生反应。双通aao纳米管115管口沉积聚合层116能够在待检测气体即将从纳米管管口穿出时在一定程度上以不完全阻挡的方式将部分待检测气体分子阻挡在聚合层116与纳米管内壁之间，如图6所示的待检测气体从左到右穿过聚合层116轴心的小孔流出的流线图，在气流的影响下待检
测气体分子在纳米管内靠近聚合层116位置形成涡流117，处于涡流117中的待检测气体分子基于涡流117能够在靠近聚合层116位置循环往复运动，从而增大了待检测气体分子与传感层111的接触几率，处于涡流117处的待检测气体分子易于接触传感层111发生传感反应。传感层111在接触并吸附到尽可能多待检测气体分子时，能够基于待检测分子的数量改变传感层111的电阻值，进一步改变与传感层111串联的阻抗104两端的电压降。
64.根据一种优选实施方式，如图5，不完全封闭的聚合层116的厚度受限于在其影响下产生的涡流117能够容纳待检测气体分子进入并循环运动的分子数与受不完全封闭的聚合层的影响下不能进入纳米管进行检测的待检测气体分子数的比值。即当聚合层116的厚度h达到双通aao纳米管115的径向半径r时，外部环境中的待检测气体无法进入双通aao纳米管进行检测，当聚合层116的厚度忽略不计时，其不能产生有足够能力将尽可能多的待检测气体分子阻挡至与纳米管发生传感反应的涡流117。涡流117能够容纳待检测气体分子进入并循环运动的分子数与聚合层116的厚度正相关，聚合层116的厚度越高，其能够产生的涡流117的体积越大，能够容纳待检测气体分子的分子数也越多。优选地，聚合层116的厚度可以设置为：r/10《h《r/2；更优地：聚合层116的厚度可以设置为：r/4《h《r/3。
65.根据一种优选实施方式，采用与传感层111材质相同的颗粒沉积为聚合层116，在横向范围增加了能够对待检测气体分子进行检测的传感颗粒113的数量和面积，使得由于聚合层116阻挡不能进入双通aao纳米管内进行检测的待检测气体在接触聚合层116并被阻挡的过程中能够与聚合层116上的传感颗粒113发生传感反应。传感层111的感测电流在聚合层116发生传感反应时也会发生改变，解决了只有在双通aao纳米管管内才能发生传感反应并检测的问题，进一步提高了三维纳米气体传感器100的检测灵敏度。
66.根据一种优选实施方式，聚合层116由于其位于双通aao纳米管115两端且对纳米管起到一定的封闭作用。当加热层107的热量透过氧化物层106传导至双通aao纳米管115时，双通aao纳米管115纵向上的热量不会立刻从管口流出散失，双通aao纳米管115管内温度环境能够更快地达到传感反应需要的温度条件。聚合层116可以在传感反应过程中减少管内热量散失，从而降低传感检测过程中的热量损失。
67.需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。