[發明專利]一種石墨烯氣體傳感器

在審

• 申請號: 201710282100.1
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN106970119A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 呂靜
• 申請（專利權）人: 成都聚立匯信科技有限公司
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，特指一種石墨烯氣體傳感器。

背景技術

氣體傳感器是一種將氣體的成份、濃度等信息轉換成可以被人員、儀器儀表、計算機等利用的信息的裝置！氣體傳感器一般被歸為化學傳感器的一類，盡管這種歸類不一定科學。“氣體傳感器”包括：半導體氣體傳感器、電化學氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導式氣體傳感器、紅外線氣體傳感器、固體電解質氣體傳感器等。

石墨烯是一種由碳原子形成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個原子層厚度的準二維材料，所以又叫做單原子層石墨。它的厚度大約為0.335μm，根據制備方式的不同而存在不同的起伏，通常在垂直方向的高度大約1μm左右，是除金剛石以外所有碳晶體的基本結構單元。石墨烯目前最有潛力的應用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產未來的超級計算機。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會快數百倍。另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的氣體分子也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產品的原料。

目前石墨烯在氣體傳感器上的應用已經被廣泛研究，但其中的潛力并沒有被完全挖掘出來，因此基于石墨烯的氣體傳感器，尤其是與其它材料相結合的氣體傳感器還有很大的開發空間，在該領域還有很多值得發現和尋找的各種結構或結構與材料組合的氣體傳感器。

發明內容

本發明提供一種新型結構的基于石墨烯增強的氣體傳感器，它能夠通過石墨烯和碳量子點加速載流子的收集，充分利用多孔氣敏層來充分接觸待檢測氣體，使得傳感器的靈敏度得到很大的提升，本發明提供的一種石墨烯氣體傳感器，包括氣體傳感層、電極、襯底，所述氣體傳感層包括氣敏層、石墨烯層和碳量子點層，所述氣敏層下方設置有石墨烯薄膜，所述氣敏層由多孔狀氣敏材料形成薄層；所述石墨烯薄膜上表面具有碳量子點層，所述碳量子點的粒徑小于10納米，所述碳量子點層包括均勻分布在石墨烯薄膜上的碳量子點，碳量子點與四周碳量子點的距離保持在10-500納米之間；所述氣體傳感層疊置在所述襯底上，所述石墨烯薄膜接觸所述襯底表面；所述氣敏層上方還包括透明導電氧化物細柵線，所述透明導電氧化物細柵線之間的間距大于1微米，作為石墨烯氣體傳感器的上電極；所述石墨烯層作為石墨烯氣體傳感器的下電極。

進一步地，所述氣敏層的材料為氧化錫、氧化錳、氧化鎳、氧化鋅或者氧化鈦中的一種或者多種材料，所述氣敏層的厚度范圍為10-100微米。

進一步地，所述氣敏層通過在堆疊的PS微球上濺射形成，濺射完成后通過燒結去除PS微球。

進一步地，所述PS微球的粒徑范圍是5-35微米。

進一步地，所述碳量子點層均勻分布在所述石墨烯薄膜上，并且接觸所述氣敏層浸泡在硅量子點溶液中。

進一步地，在燒結去除PS微球后還將氣敏材料層。

進一步地，所述襯底的表面具有絕緣層，所述石墨烯薄膜作為氣體傳感器的探測電極連接端。

進一步地，所述襯底的絕緣表面和所述石墨烯層之間還具有熱傳導層。

進一步地，所述熱傳導層為金屬層，所述金屬層的材料為銅或銀。

進一步地，所述熱傳導層和所述石墨烯層同時作為石墨烯氣體傳感器的下電極。

本發明將氣敏層、石墨烯層和碳量子點層的復合層作為氣體傳感器中的氣敏層，氣敏層為多孔狀氣敏材料形成薄層，這樣通過石墨烯和石墨烯層上的碳量子點層對氣敏材料中生成的載流子進行收集，通過碳量子點改善了收集效率，同時充分利用多孔氣敏層來充分接觸待檢測氣體，使得傳感器的靈敏度得到很大的提升，屬于一種新型的結構與材料組合的氣體傳感器。

附圖說明

圖1是本發明石墨烯氣體傳感器的一個實施例結構示意圖；圖2是本發明石墨烯氣體傳感器的另一個實施例的結構示意圖；圖3是本發明石墨烯氣體傳感器中石墨烯層上碳量子點分布示意圖。

具體實施方式

為了便于理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳的實施例。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容的理解更加透徹全面。

下面將結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細說明。