[發(fā)明專利]一種基于四氧化三鈷納米線陣列的酒精氣體傳感器及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310093378.6
• 申請(qǐng)日: 2013-03-21
• 公開（公告）號(hào): CN103217460A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱麗萍;文震;梅偉民;李亞光;胡亮;郭艷敏;蔣杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/12
• 分類號(hào): G01N27/12
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子氣敏器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于四氧化三鈷納米線陣列的酒精氣體傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著我國近年來高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)水平和居民生活水平，私家車的占有率直線上升，同時(shí)伴隨而來的是頻頻發(fā)生的交通事故，尤其是因?yàn)榫坪篑{車所引發(fā)的交通事故，給自己和人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來威脅，同時(shí)也給國家和社會(huì)帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，從工廠企業(yè)到居民家庭，酒精泄露的檢測(cè)、監(jiān)控對(duì)居民的人身和財(cái)產(chǎn)安全都是十分重要和必不可少的。因此，酒精濃度檢測(cè)儀具有十分廣闊的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和潛在的市場(chǎng)要求，而高精度、高可靠性、微型化和低功耗成了其發(fā)展方向。

迄今為止，對(duì)氣體中酒精含量進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備有燃料電池型、半導(dǎo)體型、紅外線型、氣體色譜分析型和比色型五種類型。但由于使用方便的原因，目前最常用的是半導(dǎo)體型氣體傳感器。

金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器因其優(yōu)異的性能和廣泛的應(yīng)用吸引了大量關(guān)注。從器件結(jié)構(gòu)的角度，目前金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器通常是首先制備粉末氣敏材料，將其涂覆到預(yù)制好的氧化鋁陶瓷管或其他絕緣襯底上，再經(jīng)過退火老化等繁瑣步驟后，最終合成薄膜形式的氣體傳感器。這類薄膜型氣體傳感器由于氣敏材料的粘合，只有暴露在外面的小部分材料可以在氣體吸附、電學(xué)傳輸中起作用，從而失去了本身自有的大表面積、高長徑比等優(yōu)勢(shì)。

因此，不同類型的氣體傳感器應(yīng)運(yùn)而生，如單根納米線/納米棒棒型、場(chǎng)效應(yīng)晶體管型、納米陣列型氣體傳感器等。但這些器件的合成通常制備工藝繁瑣、加工成本昂貴，如使用原子力顯微鏡等高尖端設(shè)備，從而難以應(yīng)用于大規(guī)模的市場(chǎng)開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有氣體傳感器的生產(chǎn)工藝繁瑣、加工成本昂貴等技術(shù)問題，本發(fā)明將四氧化三鈷納米線陣列應(yīng)用于氣體傳感器，提供一種制備過程簡單且對(duì)酒精檢測(cè)具有優(yōu)異的靈敏度、穩(wěn)定性和重復(fù)性的酒精氣體傳感器。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

一種基于四氧化三鈷納米線陣列的酒精氣體傳感器，所述的酒精氣體傳感器包括絕緣基片、電極層和傳感導(dǎo)電體，所述的傳感導(dǎo)電體是由水熱法直接生長于絕緣基片上的四氧化三鈷納米陣列構(gòu)成。

作為優(yōu)選，所述的絕緣基片為多晶氧化鋁陶瓷片、玻璃、石英、熱處理后的硅片、氮化硅、藍(lán)寶石或云母。

所述的電極層的材料選自金、銀、鉑、鈀中的一種或至少兩種組成的合金。

作為優(yōu)選，所述的四氧化三鈷納米線陣列的形貌為菱形，菱形的邊長為100nm～1000nm，菱形內(nèi)角的銳角為30°～60°，陣列長度為5μm～20μm。

本發(fā)明還提供了所述的基于四氧化三鈷納米線陣列的酒精氣體傳感器的制備方法，關(guān)鍵在于四氧化三鈷納米陣列的制備，因?yàn)椴煌闹苽浞椒〞?huì)對(duì)四氧化三鈷材料的形貌及電化學(xué)性能產(chǎn)生影響，本發(fā)明首先采用公知的熱蒸發(fā)、濺射或化學(xué)蒸發(fā)沉積鍍膜技術(shù)將電極層材料沉積在絕緣基片的兩端，并控制其厚度；然后利用水熱法直接在絕緣基片上生長四氧化三鈷納米陣列，作為該氣體傳感器的傳感導(dǎo)電體。具體包括如下步驟：

（1）采用公知的熱蒸發(fā)、濺射或化學(xué)蒸發(fā)沉積鍍膜技術(shù)將電極層的材料沉積在絕緣基片的兩端，其厚度控制在50nm～500nm；

（2）以鈷鹽、化學(xué)結(jié)合劑、堿性反應(yīng)物和水在常溫下進(jìn)行混合攪拌得到均勻的溶液，將該溶液移入高壓反應(yīng)釜中，并將步驟（1）得到的沉積有電極層的絕緣基片置于溶液中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)完成后，取出絕緣基片并進(jìn)行沖洗和真空烘干，在絕緣基片上得到四氧化三鈷先驅(qū)體；

（3）將步驟（2）得到的四氧化三鈷先驅(qū)體在惰性氣氛中進(jìn)行熱處理得到四氧化三鈷納米線陣列，即得到所述的基于四氧化三鈷納米線陣列的酒精氣體傳感器。

本發(fā)明采用化學(xué)結(jié)合劑和鈷鹽直接結(jié)合，在反應(yīng)過程中，通過在絕緣基片上直接成核，生長四氧化三鈷納米陣列，隨意朝向生長的納米線相互之間的接觸提供了電學(xué)傳輸路徑，可以直接作為氣體傳感器，合成簡便，性能優(yōu)越。