[發明專利]一種鈀修飾二氧化鈦納米管陣列肖特基結氫敏傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201711116375.4
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107884453A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 毛多鷺;凌云漢;彭建洪;楊永蕭
• 申請（專利權）人: 青海民族大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;B82Y30/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所11569
• 代理人: 劉奇

技術領域

本發明涉及半導體氣敏元件技術領域，特別涉及一種鈀修飾二氧化鈦納米管陣列肖特基結氫敏傳感器及其制備方法。

背景技術

氫氣是一種重要的能源材料，在生產生活中具有廣泛的應用。但氫氣是易燃易爆氣體，在使用和儲存場合對其進行及時地檢測和監控，是非常必要的。目前使用的氫氣傳感器主要有固態電解質傳感器，催化傳感器和半導體氧化物傳感器。其中，二氧化鈦作為一種常用的半導體材料，在對氫氣等還原性氣體的檢測方面受到廣泛的關注。二氧化鈦納米管以其較大的比表面積和尺寸效應，有很大的應用前景。

Grimes等(J.Mater.Res.，Vol.16：3331-3335)于2001年利用陽極氧化法，首次在鈦箔上制備出高度有序的二氧化鈦納米管陣列。關于二氧化鈦納米管的制備以及性能的研究也因此成為關注的焦點。K.Varghese等(Sensors and ActuatorsB93：338–344)于2003年，將二氧化鈦納米管應用于氫氣傳感器，發現其具有較好的氫敏性能。隨后關于改性二氧化鈦納米管對氫氣敏感性的研究越來越多。2004年，Grimes等(J.Mater.Res.，Vol.19：628-634)利用鈀片作電極摻雜的二氧化鈦納米管，在室溫下得到較好的氫氣敏感性，但其恢復緩慢。

2008年，Gennadiy V.Kamarchuka等(Sensors and Actuators B 134，1022–1026)利用金和單壁碳納米管的異質點接觸開發了一種新型的傳感器，其表現出很高的敏感性及其較短的響應和回復時間。因此，點接觸已經成為了納米傳感領域的一個新觀念。

申請號為200710168368.9的中國專利申請公開了“一種半導體氧化物氣敏元件制備方法”，克服了傳統工藝材料制備與元件制作分離的缺點。但是，在已經報道的關于二氧化鈦納米管陣列氫敏傳感器存在著界面接觸不良的問題，導致傳感器的穩定性低，靈敏度低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鈀修飾二氧化鈦納米管陣列肖特基結氫敏傳感器及其制備方法。本發明提供的鈀修飾二氧化鈦納米管陣列肖特基結氫敏傳感器穩定性高，靈敏度好。

本發明提供了一種鈀修飾二氧化鈦納米管陣列肖特基結氫敏傳感器，包括金屬鈦箔、垂直分布于所述金屬鈦箔單面的TiO₂納米管陣列、附著于所述TiO₂納米管內壁和外壁上的鈀納米顆粒以及分別電連接于金屬鈦箔和TiO₂納米管陣列表面的兩個銀電極。

優選的，所述TiO₂納米管陣列中單個TiO₂納米管的長度獨立地為1～3μm，TiO₂納米管的外徑獨立地為100～150nm，TiO₂納米管的壁厚獨立地為20～30nm。

優選的，所述鈀納米顆粒的粒徑為5～20nm。

優選的，按質量計，所述鈀納米顆粒在TiO₂納米管上的修飾量為0.5～2％。

優選的，所述金屬鈦箔的厚度為0.1～1mm。

本發明提供了一種上述技術方案所述鈀修飾二氧化鈦納米管陣列肖特基結氫敏傳感器的制備方法，包括以下步驟：

(1)以金屬鈦箔為陽極，在醇溶液中進行陽極氧化，得到表面氧化鈦箔；

(2)將所述步驟(1)得到的表面氧化鈦箔進行退火，在金屬鈦箔表面形成TiO₂納米管陣列；

(3)將所述步驟(2)得到的TiO₂納米管陣列表面沉積金屬鈀，在金屬鈦箔表面形成鈀納米顆粒修飾的TiO₂納米管陣列；

(4)在所述步驟(3)得到的鈀納米顆粒修飾的TiO₂納米管陣列和所述金屬鈦箔表面分別引出一個銀電極，得到鈀修飾二氧化鈦納米管陣列肖特基結氫敏傳感器。

優選的，所述步驟(1)中陽極氧化的電壓為20～60V，陽極氧化的時間為10～60min。

優選的，所述步驟(2)中退火的溫度為400～600℃，退火的時間為50～70min。

優選的，所述步驟(3)中的沉積為紫外光誘導沉積。

優選的，所述紫外光誘導沉積的條件包括：紫外光波長為254～365nm，紫外光的強度為0.5～5mW/cm²，電流密度為0.5～5mA·cm^-2，紫外光誘導沉積的時間為10～60s。