[發明專利]基于氧化銅/氧化鋅異質結構的氣體傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201711390657.3
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108267488B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 張廣維;吳雪衛;陳劍宇;孫志鵬;李誼;馬延文;張新穩;黃艷琴;錢妍
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 余俊杰

本發明公開了一種基于氧化銅/氧化鋅異質結構的透明氣體傳感器及其制備方法，所述傳感器包括ITO玻璃襯底、沉積在襯底上的氧化銅/氧化鋅異質結構層和頂電極層。本發明所述基于氧化銅/氧化鋅異質結構的透明氣體傳感器能夠利用氧化銅和氧化鋅的協同作用，從而增加納米材料的孔隙率和比表面積，還能在異質結構的界面處顯示出電子結性能；氧化銅與還原性氣體如硫化氫可以反應生成中間產物充當傳感器的電子門，從而大大提高傳感器的效率與靈敏性。

技術領域

本發明屬于納米材料制備與應用傳感領域，涉及一種傳感器，具體為一種基于氧化銅/氧化鋅異質結構的透明氣體傳感器及其制備方法。

背景技術

一維半導體材料氧化鋅具有較高的化學穩定性，并且在常溫下具有較大的導帶寬度和電子激發結合能。近年來，氧化鋅納米材料在催化、光電等領域成為研究熱點，在太陽能電池、納米激光、紫外光探測器和氣體傳感器等方面具有廣闊的應用前景。作為最常用的氣體傳感器材料，利用氧化鋅納米材料開發出了眾多類型的氣體傳感裝置。但由單純的氧化鋅材料制備的氣體傳感器靈敏度以及檢測極限很難滿足實際使用需求，因此人們希望通過摻雜其他材料來改善氧化鋅的氣體傳感性能。比如通過在表面沉積貴金屬可以有效提高還原性氣體與吸附在氧化物材料表面的氧氣之間的相互作用。也可以利用氧化鋅納米材料摻雜其他金屬氧化物形成異質結構，形成的異質結構不但能夠增加納米材料的孔隙率和比表面積，還能在異質結的界面處顯示出電子結性能。在可摻雜的金屬氧化物中，氧化銅作為P型半導體，自身也是一種傳感器材料，目前已公開報道的兩種傳感行為為化學吸附反應和電勢改變引起的化學變化。

發明內容

解決的技術問題：為了克服現有技術的缺陷，將氧化鋅摻雜氧化銅形成單異質結構用于傳感器，利用兩者的協同作用及氧化銅與還原性氣體如硫化氫可以反應生成中間產物充當傳感器的電子門，從而大大提高傳感器的效率與靈敏性，本發明提供了一種基于氧化銅/氧化鋅異質結構的透明氣體傳感器及其制備方法。

技術方案：一種基于氧化銅/氧化鋅異質結構的透明氣體傳感器，所述傳感器包括ITO玻璃襯底、沉積在襯底上的氧化銅/氧化鋅異質結構層和頂電極層。

優選的，所述頂電極層為通過掩膜板在氧化鋅納米材料層上沉積的金屬納米線或金屬薄膜層。

一種基于氧化銅/氧化鋅異質結構的透明氣體傳感器的制備方法，包括以下步驟：

第1步、將銅納米線原料分散至乙醇、水的其中一種或兩種混合體系中，同時通入氧氣加熱攪拌，制得具有分支結構的氧化銅納米線；其中銅納米線的直徑為50-100nm，長度為 10-20μm，反應溫度為40-80℃；

第2步、將步驟(1)制備獲得的具有分支結構的氧化銅納米線噴涂至ITO玻璃片上，浸入晶種溶液中10min，取出干燥后放入含有六次亞甲基四胺的硝酸鋅水溶液，六次亞甲基四胺的濃度為0.01-0.04M，75-90℃下反應1-3h，取出樣品洗滌即得氧化銅/氧化鋅異質結構薄膜；

第3步、向上述ITO玻璃片上的氧化銅/氧化鋅異質結構薄膜覆蓋掩膜板，圖案化噴涂銀納米線層或蒸鍍金屬層，獲得基于氧化銅/氧化鋅異質結構的氣體傳感器。

優選的，第1步中，采用乙醇和水的混合體系，其中二者體積比為1:1。

優選的，第2步中，所述晶種溶液為二水合醋酸鋅、甲醇、聚乙烯醇按摩爾比1:1:1混合溶解在乙醇中，所述醋酸鋅的濃度為0.008M。

本發明所述傳感器的工作原理在于：當氣體通過傳感器時，氧化銅/氧化鋅的電阻率會發生變化，并且隨著氣體濃度的變化電阻也會發生改變，因此可以通過電阻的的數據可以判斷出氣體的濃度。