[發(fā)明專利]3D納米微粒集合結(jié)構(gòu)體及使用它的氣體傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380002955.4
• 申請日: 2013-03-04
• 公開（公告）號: CN103781723A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 南雄植;裵容浚;崔萬秀
• 申請（專利權(quán)）人: 首爾大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán);多次元能源系統(tǒng)研究集團(tuán)
• 主分類號: B82B1/00
• 分類號: B82B1/00;B82B3/00;C23C14/28
• 代理公司: 深圳市順天達(dá)專利商標(biāo)代理有限公司 44217
• 代理人: 蔡曉紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型的納米微粒結(jié)構(gòu)體以及采用該種納米微粒結(jié)構(gòu)體的氣體傳感器。

背景技術(shù)

一般地，氣體傳感器是利用半導(dǎo)體電阻率的變化的裝置；其中，該半導(dǎo)體電阻率的變化是由于半導(dǎo)體表面的導(dǎo)電電子密度的變化而產(chǎn)生，并歸因于化學(xué)物質(zhì)（chemical?species）和半導(dǎo)體表面的化學(xué)相互作用。作為電阻變化的一個例子，當(dāng)金屬氧化物半導(dǎo)體，例如氧化鋅（ZnO）、氧化錫（SnO₂）、氧化鎢（WO₃）以及氧化鈦（TiO₂），與外部氣體成分例如H₂、CO、O₂、NO_X、CO₂、DMMP、CH₄以及NH₃相接觸時；氣體成分吸附在金屬氧化物半導(dǎo)體表面，使得金屬氧化物半導(dǎo)體表面發(fā)生氧化/還原反應(yīng)，由此金屬氧化物半導(dǎo)體的電阻率發(fā)生改變。

更具體地說，當(dāng)金屬氧化物為n型，并暴露于（exposed?to）氧化化學(xué)物質(zhì)例如O₂分子時，由此氧化化學(xué)物質(zhì)吸附在表面上，金屬氧化物半導(dǎo)體失去電子到氧化化學(xué)物質(zhì)，從而導(dǎo)致在表面上形成耗散區(qū)（depletion?zone）。由此電阻增加。另一方面，金屬氧化物半導(dǎo)體為n型，并暴露于還原化學(xué)物質(zhì)例如H₂或CO₂分子，由此使得還原化學(xué)分子吸附在表面上；H₂或CO₂分子與已經(jīng)吸附在金屬氧化物半導(dǎo)體表面上的氧氣相結(jié)合，變成H₂O或CO₂分子，并隨后與金屬氧化物半導(dǎo)體分離。因此，束縛在分離的氧氣表面的電子受激發(fā)（excited），并隨后轉(zhuǎn)移到（shift?to）金屬氧化物半導(dǎo)體的導(dǎo)電帶上，由此金屬氧化物半導(dǎo)體的電阻減小。

最近，以制造和應(yīng)用多種金屬氧化物半導(dǎo)體為目的的研究正在積極地進(jìn)行中，金屬氧化物半導(dǎo)體形式為不同納米結(jié)構(gòu)體，例如納米纖維、納米棒、納米管、納米帶或其他類似納米結(jié)構(gòu)。其原因在于，與現(xiàn)有的塊（bulk）或薄膜材料相比，納米尺寸的材料顯示出不同變化的優(yōu)越的物理和化學(xué)性能。實際上，納米材料展示出量子尺寸效應(yīng)，由此有嘗試將納米材料應(yīng)用到納米電子裝置中。并且，由于納米材料對體積比具有大的比表面積使得它們具有用于感應(yīng)多種化學(xué)物質(zhì)的有利的特性，因此，有嘗試將納米材料應(yīng)用到納米氣體傳感器或其他類似物中。

特別地，公開號為10-2006-0042144的韓國專利申請公開了一種碳基或氮基電子場發(fā)射器；由于采用碳納米結(jié)構(gòu)作為模板制得的金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)體，該電子場發(fā)射器具有納米尺寸尖端（pointed?tip）發(fā)射器結(jié)構(gòu)。

此外，公開號為10-2010-0105023的韓國專利申請涉及一種使用金屬氧化物納米棒的氣體傳感器，并提出一種用于制造氣體傳感器的方法，該方法通過在納米模板表面上形成金屬氧化薄膜，并將該納米模板移除，由此形成管狀的金屬氧化物納米棒。

另一方面，已經(jīng)提出一種核殼型的納米纖維結(jié)構(gòu)體；特別地，公開號為10-2010-0138089的韓國專利申請?zhí)岢隽艘环N用于通過靜電紡織方法以及原子層沉積技術(shù)方法兩個步驟，制造包括金屬氧化物的核殼納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體的方法。

【現(xiàn)有技術(shù)文件】

【專利文件】

（專利文件1）公開號為10-2006-0042144的韓國專利申請

（專利文件2）公開號為10-2010-0105023的韓國專利申請

（專利文件3）公開號為10-2010-0138089的韓國專利申請

發(fā)明內(nèi)容

具有不同3D形狀的納米結(jié)構(gòu)體作為氣體傳感器進(jìn)行研究和發(fā)展。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種新型的納米微粒集合結(jié)構(gòu)體以及采用該納米微粒集合結(jié)構(gòu)體的氣體傳感器。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的一個目的，本發(fā)明提供了一種3D納米微粒結(jié)構(gòu)體，其中，通過集合納米微粒而形成的多個結(jié)構(gòu)體相互連接以形成橋。

根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，通過集合納米微粒而形成的所述多個結(jié)構(gòu)體具有花瓣形狀，相鄰的花瓣相互連接以形成橋。然而，納米微粒結(jié)構(gòu)體并不僅局限于花形；該納米微粒結(jié)構(gòu)體可通過改變圖案而控制為不同形狀。

根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，所述納米微粒為金屬納米微粒；所述納米微粒也可以為金屬氧化物納米微粒，以用作氣體傳感器。

根據(jù)本發(fā)明的納米微粒結(jié)構(gòu)體可以采用以下方法制得；所述方法包括步驟：