[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

本發明公開了一種基于硫化錸納米器件的有機氣體檢測芯片，利用硫化錸(ReS₂)納米材料電學性質的各向異性性質及有機氣體吸附引起的電學各向異性性質的變化作為氣體檢測的維度，實現有機氣體的定性、定量檢測。本發明基于硫化錸納米器件的有機氣體檢測芯片的結構及制備方法簡單，檢測靈敏度高，能夠實現有機氣體的定性、定量識別；該有機氣體檢測芯片尺寸為微米級，超低功耗，其制備工藝為標準的集成電路(IC)制造工藝，與片上系統(SOC)集成工藝兼容，可以將器件方便的嵌入各種移動終端，便于有機氣體的實時監測。

技術領域

本發明屬于檢測方法領域，特別是涉及一種基于硫化錸納米器件的有機氣體檢測芯片。

背景技術

有機氣體是化工生產副產品、室內環境監測和人體呼出氣疾病檢測與預防的主要標志物，實現有機氣體的定性識別與定量檢測具有非常重要的意義和實用價值。

目前市面上有機氣體檢測儀器有兩種：一種是使用氣相色譜法的檢測儀；第二種是基于光電離子檢測的便攜式有機氣體檢測儀。氣相色譜法(GC)：采用先分離后檢測的分析方法，具有靈敏度高、選擇性好、高效能、定性和定量精度高等優點，但是該檢測方法價格昂貴、檢測方法復雜、檢測儀器體積大，大大限制了其應用前景。作為改進，出現了基于光電離子(PID)檢測的便攜式有機氣體檢測儀：其具有便攜、高靈敏度的特點，但是難以實現對有機氣體的定性識別檢測，即只有在已知氣體種類的情況下，能夠獲取其氣體濃度值，難以實現氣體的識別性檢測，限制了其實用價值。

目前對有機氣體的定性定量識別已經做了大量的研究，其主要研究方法是采用傳感陣列的方法，通過陣列傳感單元對有機氣體的交叉靈敏度響應，建立有機氣體的傳感響應數據庫，通過模式識別算法實現有機氣體的定性、定量識別，該方法靈敏度高、定性和定量精度高，但多個傳感單元的制造和集成，增加了其制備難度；此外，該方法涉及大數據處理和算法編程，軟件層面要求高，大大限制其實際應用。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于硫化錸納米器件的有機氣體檢測芯片，利用硫化錸(ReS₂)納米材料電學性質的各向異性性質及有機氣體吸附引起的電學各向異性性質的變化作為氣體檢測的維度，實現有機氣體的定性、定量檢測。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于硫化錸納米器件的有機氣體檢測芯片，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。

在上述技術方案中，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。

在上述技術方案中，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°。

另一方面，一種基于硫化錸納米器件的有機氣體檢測芯片的制備方法：

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；