[發(fā)明專利]一種氣體傳感器的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410636812.5
• 申請日: 2014-11-13
• 公開（公告）號: CN104391006A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 禹勝林
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫信大氣象傳感網(wǎng)科技有限公司
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣敏材料與元件技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種氣體傳感器的制備方法。

背景技術(shù)

氣體傳感器是一種將某種氣體體積分數(shù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)電信號的轉(zhuǎn)換器，目前已有的氣體傳感器種類繁多，按所用氣敏材料及其氣敏特性不同，可分為半導(dǎo)體式、固體電解質(zhì)式、電化學(xué)式、接觸燃燒式等。

傳統(tǒng)的半導(dǎo)體電阻式氣體傳感器常采用金屬氧化物（如?SnO₂、ZnO、TiO₂?等）為氣敏材料，具有測量方式簡單、靈敏度高、響應(yīng)快、操作方便、便攜性好、成本低等特點，但該類氣體傳感器在實際應(yīng)用中必須加熱到較高的工作溫度（200?～?600℃），功耗較大，降低了傳感器的便攜性，而且還增加了安全隱患，使其應(yīng)用受到很大限制。近年來，利用納米材料的特殊活性實現(xiàn)室溫氣體傳感器正成為研究的熱點與重點，在將傳統(tǒng)氣敏材料做成納米線、納米管、納米棒、納米帶等特殊結(jié)構(gòu)的同時也涌現(xiàn)出了石墨烯、碳納米管、硅納米線等新型室溫氣敏材料。

此外，鑒于柔性器件的誘人應(yīng)用前景，已有研究者利用石墨烯、碳納米管所具有的大比表面積和低溫成膜工藝特點，在?PET、PI甚至紙襯底上成功制備出室溫柔性氣體傳感器。

例如，2009年美國麻省大學(xué)洛威爾分校報道將氧化石墨烯噴墨打印在PET襯底上成功實現(xiàn)室溫下對NO₂的檢測，不足的是需要在254nm紫外光的照射下方可恢復(fù)，極大地降低了傳感器的便攜性能?；2012?年該該課題組又報道將碳納米管在紙上噴墨打印成膜，室溫下對100ppm的NO₂和Cl₂的靈敏度分別為2.4和2.7，然而其過長的響應(yīng)和恢復(fù)時間（3-5分鐘，7-12?分鐘）仍不利于實際監(jiān)測。

膠態(tài)量子點采用膠體化學(xué)法制備，是一種用有機配體分子包裹正在生長的量子點的表面以控制粒子團聚的濕化學(xué)方法。與普通納米材料相比，具有尺寸可控且均勻性好、活性高、物化特性可控、易于表面修飾、室溫成膜與柔性襯底兼容性好等特點，是制備室溫柔性氣體傳感器的新型理想材料。膠態(tài)量子點氣體傳感器的研究最早可追溯到2001年，研究者將市售的?Sb?摻雜?SnO_2?膠態(tài)顆粒懸浮液以旋涂的方式在?SiO₂?襯底上成膜，制作出電阻式甲醇氣體傳感器，工作溫度低至?150℃。然而，該器件仍需要在高溫（500℃）熱處理，導(dǎo)致真實器件中的顆粒尺寸高達數(shù)十納米，不利于充分發(fā)揮膠態(tài)量子點氣敏材料的特點。之后，膠態(tài)量子點氣體傳感器研究中主要采用膠態(tài)量子點與有機聚合物的混合物為氣敏材料，使之能夠在室溫下成膜，因此膠態(tài)量子點的顆粒尺寸得到了較好的保持。但是，由于分散在電導(dǎo)率低的有機聚合物分子網(wǎng)絡(luò)中，膠態(tài)量子點對氣體的吸附活性及其之間的電子傳輸受到限制，導(dǎo)致該類傳感器在室溫下的氣敏性能并不理想，因此工作溫度然較高。此外，除了電阻式氣體傳感器，利用膠態(tài)量子點光致發(fā)光（PL）變化的室溫氣體傳感器也受到研究者的關(guān)注，但后者在便攜性方面無法與電阻式氣體傳感器相媲美。

申請?zhí)?201310634216.9公開了一種種半導(dǎo)體電阻式氣體傳感器及其制備方法。制備方法包括如下步驟：（1）將半導(dǎo)體膠態(tài)量子點溶液涂覆在印有電極的絕緣襯底上，使其均勻成膜；（2）用短鏈配體溶液處理量子點薄膜?；（3）去除殘余的短鏈配體及其副產(chǎn)物?；（4）多次重復(fù)執(zhí)行步驟（1）至步驟（3），得到具有所需厚度的半導(dǎo)體膠態(tài)量子點薄膜，完成氣體傳感器的制備。上述方法中，也可以直接在絕緣襯底上成膜，在最后得到的半導(dǎo)體膠態(tài)量子點薄膜上制備電極。氣體傳感器包括絕緣襯底、電極和氣敏層，氣敏層為半導(dǎo)體膠態(tài)量子點薄膜。當(dāng)用于檢測敏感溫度較低的危險氣體時，該氣體傳感器的靈敏度不夠高。

申請?zhí)?201410285080.X公開一種薄膜芯片氣體傳感器及其制備方法。本發(fā)明的芯片包括一塊襯底材料，在該襯底材料的表面首先鍍上底電極，再鍍半導(dǎo)體材料薄層，再鍍有無序性貴金屬膜系，最后鍍上點電極，將整個結(jié)構(gòu)置于一個單開口的封閉的盒子，當(dāng)氣體通過封閉盒子，在貴金屬系作為催化劑的作用下，氣體在金屬表面發(fā)生催化反應(yīng)，放出的能量傳遞給金屬中的電子，金屬中具有高能量的電子躍遷經(jīng)過金屬和半導(dǎo)體的界面形成電流，利用檢測電流信號的大小以及相對變化來實現(xiàn)某種氣體以及含量的檢測。當(dāng)用于檢測敏感溫度較低的危險氣體時，在較低溫度的情況下，該方法制得的氣體傳感器的靈敏度不夠高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可提高傳感器的靈敏度、降低傳感器工作溫度的氣體傳感器的制備方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：