[發明專利]一種表面活性劑誘導電沉積加工ZnO氣體傳感器的方法

有效

• 申請號: 201610104376.6
• 申請日: 2016-02-25
• 公開（公告）號: CN105738416B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 孫豐強;潘子釗
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發明公開了一種表面活性劑誘導電沉積加工ZnO氣體傳感器的方法，該方法為以含有表面活性劑和Zn²⁺的溶液為電解液，以電化學沉積的方法，在覆蓋有碳膜的氣敏陶瓷襯底表面制備鋅薄膜，得到含鋅/碳復合薄膜的氣敏陶瓷，經加熱，即到ZnO復合薄氣體傳感器。本發明能夠在陶瓷襯底上直接通過電沉積方法原位得到ZnO氣體傳感器，有效克服傳統器件加工時先制備材料再涂覆成膜最后加熱煅燒的繁瑣操作和由此帶來的器件性能的不穩定性，并能通過表面活性劑有效控制ZnO的形態，實現其氣敏性能的系統調控，具有原料易得、過程簡單、易于操作和批量生產與重復生產的特點，加工得到的氣體傳感器具有良好氣體響應和恢復性能以及穩定性。

技術領域

本發明涉及一種表面活性劑誘導電沉積加工氣體傳感器的方法，具體涉及表面活性劑控制材料生長、電化學沉積、碳薄膜制備及氣體傳感器加工與性能控制。

背景技術

電沉積技術具有工藝簡單，成本低，效率高和容易控制等特點，廣泛應用于制備各種材料。表面活性劑在電沉積中早已廣泛應用，可起到修飾材料的形貌、細化晶粒等作用。ZnO為n型半導體,具有優異的氣體敏感性能，廣泛應用于氣敏傳感器領域。不過，目前在相關氣敏器件的加工方面主要是先合成粉末狀材料，然后調成糊狀涂覆在陶瓷襯底表面，最后煅燒成膜，這樣的做法存在幾個缺陷：操作繁瑣；在涂覆的過程中顆粒的形貌會被破壞從而損害敏感性能；顆粒之間存在較多物理接觸，影響器件的穩定性；難以重復生產和批量生產。盡管一些物理方法，如磁控濺射可批量生產相關器件，但高昂的設備和難以控制的薄膜形貌仍限制了其廣泛的應用。本發明采用電沉積技術直接在商業用陶瓷襯底上生長薄膜可有效解決這些問題，并通過表面活性劑修飾電沉積合成的金屬鋅的形貌，得到了不同形貌的金屬鋅材料，經煅燒氧化后得到各種形貌的氧化鋅，表面活性劑修飾后均不同程度的提高了氧化鋅的氣體敏感性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種表面活性劑誘導電沉積加工ZnO氣體傳感器的方法。

本發明所采取的技術方案是：

一種制備氣體傳感器的制備方法，該方法為以含有Zn²⁺的溶液為電解液，以電化學沉積的方法，在表面覆蓋有碳膜的氣敏陶瓷襯底表面電沉積制備鋅薄膜，得到含鋅/碳復合薄膜的氣敏陶瓷，再將其加熱，使鋅薄膜完全轉化為氧化鋅薄膜，即到ZnO復合薄氣體傳感器。

進一步的，所述電解液中Zn²⁺的濃度為0.01～0.5M。

進一步的，所述電解液中還含有表面活性劑，濃度在0.06g/mL以下，此時所得ZnO復合薄氣體傳感器為表面活性劑誘導生成的ZnO復合薄氣體傳感器。

進一步的，所述表面活性劑選自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、十二烷基硫酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨中的至少一種。

進一步的，電化學沉積時的陰極為表面涂覆碳膜的氣敏陶瓷襯底。

進一步的，所述碳膜的電阻值為60～120Ω。

進一步的，電化學沉積時的陽極為惰性電極。

進一步的，所述電化學沉積的電流為0.3～1mA，時間為2～40 min。

進一步的，所述加熱的溫度為350～450℃，時間為80～180min。

一種氣體傳感器，其制備方法為上述所述的方法。

本發明的有益效果是：