[發明專利]一種半導體電阻型乙醇氣敏傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010581715.6
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111812163B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 林志東;商震;王思煜;付萍;陳喆
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 陳曉斌

本發明提供了一種半導體電阻型乙醇氣敏傳感器及其制備方法，包括叉指電極、包覆于所述叉指電極上的氣敏材料層以及位于所述氣敏材料層上方的可見光激發裝置，所述氣敏材料層的材料為具有核殼結構的Au@ZnO氣敏材料，包括納米金顆粒核體以及包覆于所述核體表面的ZnO殼層，所述核體粒徑為≤10nm。基于本發明的半導體電阻型乙醇氣敏傳感器，無需加熱，具有室溫工作、靈敏度高、檢測范圍寬、使用方便的優點。

技術領域

本發明屬于半導體氣敏器件技術領域，涉及一種半導體電阻型乙醇氣敏傳感器及其制備方法。

背景技術

隨著工業化和現代化進程的快速發展，在物質財富極大豐富的同時，生產安全和環境問題也日益凸顯。人們在日常生活當中越來越容易接觸到一些危及我們身體健康和生命安全的危險氣體，例如裝修材料中釋放的有機易揮發性有毒氣體甲醛、苯、二甲苯，甲烷和一氧化碳為主要成分的天然氣，煤炭燃燒、汽車尾氣中的二氧化硫和氮氧化物等。因此，出于對環境保護和人身安全的考慮，研究并開發出一些響應度高、檢測速度快的氣體傳感器就顯得十分必要。

電阻型半導體氣敏傳感器是一種氣體種類、濃度敏感測量裝置，既可以用于檢測ppm級的有毒氣體，也可以用于檢測百分比濃度高的易燃易爆氣體。在清潔空氣中，它的電阻很高，而遇到還原性氣體，比如一氧化碳或可燃性氣體，傳感器件的電阻會降低。半導體氣體傳感器主要優點是，沒有運動部件，結構簡單，成本低，反應快，靈敏度高，容易實現傳感器微型化，集成化，智能化，但常規的電阻型半導體傳感器必須高溫工作，對氣體選擇性差。

發明內容

本發明解決的技術問題為：本發明提供了一種半導體電阻型乙醇氣敏傳感器，無需加熱，具有室溫工作、靈敏度高、檢測范圍寬、使用方便的優點。

本發明提供的具體解決方案包括如下步驟：

本發明提供了一種半導體電阻型乙醇氣敏傳感器，包括叉指電極、包覆于所述叉指電極上的氣敏材料層以及位于所述氣敏材料層上方的可見光激發裝置，所述氣敏材料層的材料為具有核殼結構的Au@ZnO氣敏材料，包括納米金顆粒核體以及包覆于所述核體表面的ZnO殼層，所述核體粒徑為≤10nm。

現有技術中采用貴金屬修飾納米敏感材料時，往往是利用金屬-氧化物的異質結提高電子的轉移速度，利用其催化活性改善氧的吸附性等方式來改善氣敏材料的靈敏度和反應溫度，因此，對于材料的氣敏性能改善很有限。基于本發明的可見光激發的乙醇傳感器，納米金尺寸≤10nm，該尺寸條件下，納米金在可見光下能夠產生較強表面等離子體共振效應，在可見光輻照下，利用Au顆粒的等離子體共振效應激發電子轉移到ZnO導帶，利用共振電子的注入來活化ZnO的敏感活性位點，在室溫下活化氧負離子，實現室溫下氣體傳感，且對于乙醇氣體具有較高的選擇性。

基于本發明半導體電阻型乙醇氣敏傳感器，具有靈敏度高，檢測范圍寬，使用方便的優點，符合高性能氣敏器件的要求。

在上述方案的基礎上，本發明還可以進行如下改進：

進一步，所述ZnO殼層的厚度為10-30nm。

殼體尺寸厚度影響材料的電阻、可見光的透過率等，在該條件下，氣敏材料具有較高的檢測靈敏度。

進一步，所述可見光激發裝置為LED發光片，發射波長范圍為500-600nm。

在該波長范圍內，納米金具有較強的吸收，可以激發產生較強的表面等離子體共振效應，Au@ZnO氣敏材料的靈敏度較高。

本發明還提供了一種如權利要求1所述的半導體電阻型乙醇氣敏傳感器，其特征在于，包括如下步驟：

1)將核殼結構的Au@ZnO氣敏材料加分散劑調成糊狀物；

2)將所述糊狀物涂覆在叉指電極的陶瓷片上，在200-300℃條件下退火處理0.5-4，得到氣敏材料層，將可見光激發裝置封裝于氣敏材料層上方，得到乙醇傳感器。