[發明專利]一種柔性微型自驅動常溫氣體傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201810489743.8
• 申請日: 2018-05-21
• 公開（公告）號: CN108490051A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 韓煒;李臘;付成偉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;G01N27/48
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純

本發明公開了一種柔性微型自驅動常溫氣體傳感器及其制備方法，屬于柔性電子器件的制備技術領域，包括柔性襯底、位于襯底之上的基于聚吡咯薄膜電極材料的柔性微型電容器與基于多壁碳納米管/聚苯胺復合材料的氣體傳感器；其中，所述的電容器集流體與氣體傳感器電極結構分別是由圓形電極與平行電極組成的，聚吡咯薄膜沉積在圓形電極上，多壁碳納米管/聚苯胺復合材料涂覆在平行的電極之間。本發明所使用的供電單元為超級電容器，體積小，充電速度快，安全便捷，可以隨身攜帶。電沉積法制備的聚吡咯薄膜，可以在集流體表面形成一層致密的超薄的薄膜，既節約材料，又可以降低接觸電阻。該傳感器在常溫下就可以對乙醇氣體的濃度進行檢測，不需要額外的加熱升溫裝置。

技術領域

本發明屬于柔性電子器件的制備技術領域，具體涉及一種柔性微型自驅動常溫氣體傳感器及其制備方法。

背景技術

近年來，由于納米制造技術的飛速發展，電子器件在朝著柔性化、微型化、集成化方向前進的過程中表現出強勁的發展勢頭，拓寬了電子器件在人類日常生活中的應用領域和表現形式。眾多電子器件中，氣體傳感器占據著重要的位置，發揮著重要的作用，它可以實時監測人們日常生產生活中產生的易燃、易爆甚至是有毒氣體的濃度。因此，制備一種微型便攜式能量存儲-氣體傳感器件集成器件顯得尤為重要。

微型超級電容器(微電容)作為柔性集成單元的能量存儲供應單元，與鋰離子電池相比，具有功率密度高、使用壽命長、充電時間短、綠色環保等特點。微電容的主要由三部分組成：集流體，電極材料與電解質。其中，提高電極材料在集流體上的有效占有面積是提高電容器性能的突破口。將電極材料均勻分布在襯底上主要有以下幾種方法：1、噴涂/浸漬法，這種方法形成的膜狀電極材料厚度不均勻，會造成對材料的浪費；2、旋涂法，這種方法雖然可以形成一層較薄較均勻的膜狀電極材料，但是集流體與電極材料之間屬于間斷接觸，致使導電性較差，器件的內阻較大；3、印刷法，這種方法雖然可以形成一層致密的薄膜，但是配制可以打印的漿料對材料的選擇比較狹窄嚴苛，成本較高。

氣體傳感器作為集成系統的功能單元，可以實時有效的監測出空氣中的有毒有害氣體濃度，為安全生產與生活提供保障。乙醇作為一種重要的有機溶劑，在工業，醫藥，紙巾，香水的合成等方面有廣泛的應用。然而，乙醇也是食物和藥品的主要成分，一直以來，過度飲酒造成危及生命安全的事故屢見不鮮。因此，開發研制一種便攜式乙醇傳感器是十分有意義的。但是現在常見的氣體傳感器大多都需要在高溫下工作，而且傳感器的靈敏度較低，響應速度也比較慢，難以實現高效迅速的氣體監測功能。

綜上所述，目前制備高性能柔性微電容與常溫氣體傳感器方面仍存在一定的難度，有必要開發一種新型的柔性微型自驅動常溫氣體傳感器集成系統，以進一步滿足生產生活需要。

發明內容

本發明針對上述問題，提供一種柔性微型自驅動常溫氣體傳感器集成系統，可以對乙醇氣體實現連續常溫快速的檢測。通過感知氣體濃度表現為自身電學性能的變化，進而應用于實時監測人體酒精含量的變化。

本發明通過如下技術方案實現：

一種柔性微型自驅動常溫氣體傳感器，包括襯底、位于襯底之上的電容器集流體與氣體傳感器電極結構、聚吡咯薄膜及多壁碳納米管/聚苯胺復合材料；其中，所述的電容器集流體與氣體傳感器電極結構是由圓形電極與平行電極兩部分組成，聚吡咯薄膜沉積在圓形電極上，多壁碳納米管/聚苯胺復合材料涂覆在平行的電極之間。

進一步地，所述的圓形電極溝道的間距為100μm。

進一步地，所述的平行電極之間的距離為150μm。

進一步地，所述的平行電極的結構為方塊形、叉指型或圓形。

一種柔性微型自驅動常溫氣體傳感器的制備方法，具體步驟如下：

(1)、將襯底分別在乙醇和去離子水中清洗，然后烘干；