[發明專利]基于硫化錸納米器件的有機氣體檢測芯片

有效

• 申請號: 201711278990.5
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN109884122B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 武恩秀;解媛;張代化;劉晶;龐慰;李全寧;陳雪嬌;郭文嵐;孫崇玲
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;G01N27/12;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

1.一種基于硫化錸納米器件的有機氣體檢測芯片，其特征在于：包括硫化錸納米薄片、第一電極、第二電極和二氧化硅基底；所述的硫化錸納米薄片與二氧化硅基底上表面貼合，所述的第一電極、第二電極沿著硫化錸的各向異性軸生長。

2.根據權利要求1所述的基于硫化錸納米器件的有機氣體檢測芯片，其特征在于：所述的硫化錸納米薄片采用機械剝離或者干法轉移法獲得，長寬為微米級，厚度為納米級。

3.根據權利要求1所述的基于硫化錸納米器件的有機氣體檢測芯片，其特征在于：所述的第一電極與第二電極為金電極，采用電子束蒸金法制得，第一電極與第二電極之間的角度為60°或120°。

4.如權利要求1所述的基于硫化錸納米器件的有機氣體檢測芯片的制備方法，其特征在于：

步驟一：將硅片放入30wt.％雙氧水與98wt.％濃硫酸的混合液中浸泡29-31min，去除硅片表面的硬質顆粒，上述混合液中30wt.％雙氧水與98wt.％濃硫酸的體積比為1:3；

用去離子水沖洗干凈后置于40wt.％氫氟酸與去離子水的混合液中浸泡19-21min，去除表面的SiO₂層，上述混合液中40wt.％氫氟酸與去離子水的體積比為1:1；

將硅片依次放入去離子水、丙酮溶劑和無水乙醇中分別超聲清洗9-11min，去除表面有機物雜質后放入無水乙醇中作為二氧化硅基底；

步驟二：采用機械剝離法或者干法轉移法，制得長寬為微米級、厚度為納米級的硫化錸納米薄片并將其轉移到二氧化硅基底上，使其與二氧化硅基底上表面貼合；

步驟三：利用電子束蒸金法，沿著硫化錸的兩條各向異性軸生長第一電極與第二電極。

5.根據權利要求4所述的基于硫化錸納米器件的有機氣體檢測芯片的制備方法，其特征在于：第一電極與第二電極均采用金電極，第一電極與第二電極之間的角度為60°或120°。

6.根據權利要求4所述的基于硫化錸納米器件的有機氣體檢測芯片的制備方法，其特征在于：所述步驟三中的第一電極與第二電極分別設置為相互平行的兩個，每兩個相互平行的電極之間形成的導電溝道作為獨立的傳感區域。

7.如權利要求1所述的基于硫化錸納米器件的有機氣體檢測芯片的檢測方法，其特征在于：給第一電極與第二電極施加相同的電壓，形成基電流I₁和I₂，同一氣體吸附時，兩個獨立的傳感區域產生不同的電流變化分別為|ΔI₁|和|ΔI₂|，并通過電流采樣端口1和端口2，傳輸給顯示終端，繪制ΔI₁/I₁-ΔI₂/I₂曲線，計算曲線斜率，與數據庫數據進行對比后，定性判別有機氣體的類型，然后根據有機氣體在硫化錸各向異性軸上隨濃度變化的響應圖來定量確定有機氣體的濃度，實現有機氣體的定性、定量測量。

8.根據權利要求7所述的基于硫化錸納米器件的有機氣體檢測芯片的檢測方法，其特征在于：

每一種有機氣體關于a軸響應和b軸響應的擬合曲線軌跡不同，利用該特征實現了有機氣體的識別，分別測定有機氣體丙酮，乙醇，甲醇，異丙醇a軸響應和b軸響應的線性關系，線性方程如下：

丙酮：y＝0.3+1.025x，擬合度R₂為0.984；

乙醇：y＝0.68+0.5x，擬合度R₂為0.988；

甲醇：y＝1.766+2.8x，擬合度R₂為0.991；

異丙醇：y＝2.1+1.810x，擬合度R₂為0.951；

其中x為各有機氣體分別對應的b軸靈敏度響應值，y為各有機氣體分別對應的a軸靈敏度響應值。

9.根據權利要求7所述的基于硫化錸納米器件的有機氣體檢測芯片的檢測方法，其特征在于：

分別測定有機氣體丙酮，乙醇，甲醇，異丙醇在0-500ppm范圍內的靈敏度響應值的線性關系，線性方程如下：

丙酮b軸：y＝0.14+0.0126x，擬合度R₂為0.991，最低檢出限為13ppm；

丙酮a軸：y＝0.4095+0.013x，擬合度R₂為0.995，最低檢出限為24ppm；

乙醇b軸：y＝-0.03945+0.04964x，擬合度R₂為0.999，最低檢出限為2ppm；

乙醇a軸：y＝0.65122+0.02492x，擬合度R₂為0.99，最低檢出限為12ppm；

甲醇b軸：y＝0.81671+0.01256x，擬合度R₂為0.997，最低檢出限為14ppm；

甲醇a軸：y＝4.04744+0.03526x，擬合度R₂為0.991，最低檢出限為5ppm；

異丙醇b軸：y＝-1.20708+0.01697x，擬合度R₂為0.972，最低檢出限為21ppm；

異丙醇a軸：y＝-0.35137+0.03163x，擬合度R₂為0.996，最低檢出限為3ppm；

其中x為各有機氣體分別對應的濃度，y為各有機氣體分別對應的靈敏度響應值。