氧化铝湿敏传感器：原理、应用及优越性

（1）结构

平行板电容式水分测量探头如图10.4所示。

图10.4　平行板电容式水分测量探头外观图

1—传感器；2—安装架；3—保护外壳

图10.5　氧化铝湿敏传感器结构示意图

氧化铝湿敏传感器的结构如图10.5所示。在硼硅玻璃或蓝宝石衬底上，用喷涂法或真空镀膜法制作下金电极，再用喷镀法或溅射法生成一层多孔氧化物薄膜，然后在此薄膜上用喷涂法制作上金电极，为了让水蒸气顺利通过，金电极厚度在70 nm左右。电极的导线采用细铜线或细金线，用银导电漆点粘在电极上。

氧化铝湿敏传感器的核心部分是吸水的氧化铝层。研究结果并经高分辨率电子显微照片证实，氧化铝层布满相互平行且垂直于其平面的管状微孔，它从表面一直深入氧化铝层的底部，微孔的大小差不多是相同的，并且近于均布，如图10.6所示。

由上可见，多孔氧化铝层具有很大的比表面积，对水气具有很强的吸附能力，而其结构的规律性则为制造规格一致、性能稳定的氧化膜提供了可能性。

（2）特点(www.xing528.com)

氧化铝湿敏传感器的优点如下：

①体积小、灵敏度高（露点测量下限达-110℃）、响应速度快（一般在0.3~3 s）。

②样品流量波动和温度变化对测量的准确度影响不大，样品压力变化对测量有一定影响，须进行压力补偿修正。

③它不但可以测量气体中的微量水分，还可以测量液体中的微量水分。

图10.6　氧化铝湿敏传感器剖面示意图

1—电极；2—毛细微孔；3—氧化铝层；4—衬底

氧化铝湿敏传感器有以下缺点：

①探头存在“老化”现象，需要经常校准。氧化铝探头的湿敏性能会随着时间的推移逐渐下降，这种现象称为“老化”。其原因有多种解释，为解决老化问题，各国的研究人员做过各种各样的尝试，但都未能从根本上解决“老化”问题。目前的唯一办法是定期校准，一般是一年左右校准一次，有时需半年甚至三个月校准一次。（由于水分含量和电容量之间并不呈线性关系，校准曲线并非是一条直线，校准时一般需要校5个点。）

②零点漂移会给应用带来一些困难和问题。传感器由于储存条件或环境条件不同会引起校准曲线位移，也就是说，传感器的校准曲线随条件（主要是湿度）而变。在实际测量中表现为对于同一湿度，若传感器储存条件不固定，则测量结果重复性差；使用时的条件与校准时的条件不同将会产生相当大的误差。

③对极性气体比较敏感，在测量中应注意极性物质的干扰，这是方法本身固有的缺点。此外，氧化铝湿敏传感器对油脂的污染也比较敏感。