[發明專利]一種石墨烯修飾的Au/SnO2結構的氨氣傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710817962.X
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107643327B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 慈立杰;彭瑞芹;陳靖樺;張琳;聶祥坤;李德平;翟偉
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發明涉及一種石墨烯修飾的Au/SnO₂結構的氨氣傳感器及其制備方法，本發明采用的技術方案為：（1）在SiO₂/Si襯底上，制作基于還原氧化石墨烯修飾的Au/SnO₂類核殼復合結構；（2）然后利用標準的光刻工藝、金屬沉積技術實現Au電極的沉積，將上述核殼復合結構制成金屬電極；形成氣敏器件單元與陣列的制備；（3）最后實現敏感層與金屬電極的表面結合，實現氨氣傳感器的制備。通過本發明方法制備的氨氣傳感器能夠在近室溫（40℃）下對氨氣實現高靈敏探測，同時具備較好的穩定性，解決了氨氣傳感器存在可靠性低、靈敏度低、生產成本高、對氨氣的響應穩定性差、工作溫度高等問題，本發明中制備方法簡單、可控，生產成本低，易于實現大規模生產，極具應用前景。

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，具體涉及一種石墨烯修飾的Au/SnO₂結構的氨氣傳感器及其制備方法。

背景技術

氨氣是一種在工業應用領域廣泛存在的無色、有刺激型惡臭味的有毒氣體。如在燃煤型發電廠中為了脫除燃煤煙氣中氮氧化物需大量噴氨進行脫銷處理，從而產生大量氨氣泄露，對環境造成嚴重的污染，不僅如此，氨氣還能夠對于人類身體造成嚴重傷害，因此精確檢測空氣中氨氣的濃度具有十分重要的意義。

自2004年二維石墨烯被發現以來，其優異的物理、化學性能及其衍生物具備半導體特性的優勢，有望成為制備常溫氣敏傳感器的優選材料。而其中人們發現還原氧化石墨烯 (RGO)與傳統的金屬氧化物復合可以有效的改善傳感器的氣敏特性。目前，傳統的金屬氧化物制作的傳感器市場占有率最大，且穩定性較高，成本較低，但同時工作溫度較高 (>200℃)，極大的增加其附屬檢測單元的抗高溫設計復雜程度，并存在能耗較高的缺點，同時增加其在惡劣環境中應用的風險。因此急需開發近室溫工作的氨氣傳感器制備技術，將大大擴展目前傳統應用領域。

現有技術公開了多種氨氣傳感器的制備方法，如2014年，Md.Shahabuddin等人(Md. Shahabuddin，Anjali Sharma，Jitendra Kumar,Monika Tomar，Ahmad Umar，VinayGupta， Metal clusters activated SnO₂thin film for low level detection ofNH₃gas，Sensors and Actuators B:194(2014)410-418)報道可利用金屬納米團簇改善二氧化錫低濃度檢測氨氣，但其工作溫度高達230℃。2016年Su等人(Pi-Guey Su,Ling-YuYang，NH₃gas sensor based on Pd/SnO₂/RGO ternary composite operated at roomtemperature，Sensors and Actuators B, 223(2016)202-208)報道了基于Pd/SnO₂/RGO三元復合材料的氨氣傳感器，該傳感器在5 ppm下呈現7.6％的響應值，仍存在響應值較低。雖然該制備方法簡單，但同時存在其穩定性較差的缺點。

CN104297301B公開了一種基于聚苯胺/石墨烯納米帶/二氧化硅/硅的氨氣傳感器的制備方法，制備方法是使用抽濾法和轉印法將石墨烯納米帶薄膜轉移到硅片上，經過低溫還原后得到石墨烯納米帶/二氧化硅/硅異質結材料，然后使用化學方法對其表面進行聚苯胺修飾，最分別在該材料的上下表面涂上銀膠和銦金屬層作為上下電極，從而制備出具有優異氨氣敏感性能的基于聚苯胺/石墨烯納米帶/二氧化硅/硅的氨氣傳感器，但這種氨氣傳感器的制備銦金屬層作為上下電極，制備成本高。

CN102636522A公開了一種用于檢測氨氣的石墨烯/二氧化錫納米復合電阻型薄膜氣體傳感器及其制作方法，它以陶瓷為基體，在陶瓷基體表面光刻和蒸發有多對叉指金電極，其上涂覆石墨烯和二氧化錫納米復合物氣敏薄膜，制得電阻型薄膜氣體傳感器。但這種制備方法得到的傳感器對氨氣的響應穩定性差，檢測靈敏度僅有16％，靈敏度低，。