刘昌祎， 张晶园,2， 黄向东， 张妮， 李菁波， 刘杰

(1.西安科技大学 电气与控制工程学院， 陕西 西安 710054；2.西安科技大学 机械工程博士后流动站， 陕西 西安 710054)

0 引言

多年来，煤矿瓦斯爆炸事故时有发生[1]。瓦斯气体成分中CH4含量占80%以上，因此,对煤矿井下CH4浓度的检测与预警十分重要。文献[2]对煤矿井下CH4浓度进行了规定：煤与瓦斯突出矿井采煤工作面进风巷中CH4的报警阈值为≥0.5%；采煤工作面上CH4浓度的报警阈值为≥1%；井下煤仓内CH4的报警阈值为≥1.5%，从中可看出，对低浓度CH4(含量≤1.5%)的检测十分重要。目前矿井下CH4的检测方法有很多，如热催化法、红外激光光谱法、热导率法等[3-4]，但在CH4浓度较低时，这些方法普遍存在灵敏度较低、反应较慢等问题。近年来，随着纳米材料的高速发展[5-6]，出现了如碳纳米管、硅纳米线、二氧化钛纳米管等新型纳米材料，这为新型传感器的制备提供了物质基础。纳米材料所具备的尖端效应能够在较低的电压下产生较高的场增强因子[7]，此特性有望实现在低电压下对气体的检测。另外，电离式传感器的灵敏度和准确率较高，且易集成[8]。因此，在CH4浓度较低的情况下，研究微米间隙、纳米尖端场域下传感器的输出对CH4浓度的敏感特性，对低浓度CH4传感器的发展具有指导意义。

文献[9]利用碳纳米管阵列成功研发出了微型电离式气体传感器，该传感器可以对大气中的各种气体进行定性及定量分析，并通过大量实验表明,该传感器的输出与气体浓度的对数成正比。文献[10]利用碳纳米管制备电离式传感器，通过实验分析得出，随着空气中目标气体浓度的增加，传感器的击穿电压呈现出单调上升或下降的趋势。……