[發明專利]一種硼摻雜石墨烯修飾Au@ZnO核殼異質結型三乙胺氣敏傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201810495909.7
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108931559B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 慈立杰;彭瑞芹;李元元;陳靖樺;李德平
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;B82Y30/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

1.一種硼摻雜石墨烯修飾Au@ZnO核殼異質結型三乙胺氣敏材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)核結構的制備：利用直流磁控濺射技術在襯底上濺射沉積金納米顆粒薄膜，然后在保護氣氛下退火，得到均勻、孤立地分布在襯底上的金顆粒，備用；以金顆粒作為核結構，可以使氣敏材料在低溫區域仍然保持良好的催化活性；

(2)殼結構的制備：繼續利用直流磁控濺射技術，在步驟(1)中的金顆粒表面沉積鋅薄膜，使鋅薄膜包覆在金顆粒表面；然后在空氣中退火，將鋅氧化成氧化鋅，即得Au@ZnO核殼結構材料，所述Au@ZnO核殼結構材料附著在襯底表面；這種核殼異質結構可以有效降低晶界勢壘，提高電子的轉移速度，提高檢測的靈敏性；

(3)電極沉積：利用標準的光刻工藝、金屬沉積技術，在步驟(2)中得到的Au@ZnO核殼結構材料表面先沉積Ti電極后沉積Au電極，備用；金屬鈦的引入可以有效提高金電極與襯底之間的結合力；

(4)硼摻雜石墨烯的制備：將氧化石墨烯、硼酸投入溶劑中形成硼摻雜氧化石墨烯的混合液，然后對混合液進行水熱反應，獲得硼摻雜還原氧化石墨烯的混合液，備用；

(5)利用滴涂工藝，將步驟(4)中混合液均勻滴涂到步驟(3)中的沉積了Ti和Au電極的Au@ZnO核殼結構材料的表面，對產物烘干后進行退火，即得硼摻雜石墨烯修飾Au@ZnO核殼異質結型三乙胺氣敏材料。

2.如權利要求1所述的一種硼摻雜石墨烯修飾Au@ZnO核殼異質結型三乙胺氣敏材料的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，所述直流磁控濺射Au的技術參數為：濺射功率30W，壓強0.5Pa，氬氣流量20SCCM，沉積時間可根據所要沉積的Au的厚度進行設置；所述保護氣氛包括氬氣或氮氣。

3.如權利要求1所述的一種硼摻雜石墨烯修飾Au@ZnO核殼異質結型三乙胺氣敏材料的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，所述金納米顆粒薄膜的厚度為5nm-300nm；步驟(1)中，所述退火條件為：溫度800-1050℃，時間5-30min，升溫速率：10℃/min。

4.如權利要求1所述的一種硼摻雜石墨烯修飾Au@ZnO核殼異質結型三乙胺氣敏材料的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，所述金納米顆粒薄膜的厚度為10-50nm；所述退火條件為：退火溫度為900℃，退火時間為10min。

5.如權利要求1所述的一種硼摻雜石墨烯修飾Au@ZnO核殼異質結型三乙胺氣敏材料的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，退火后形成的金顆粒直徑在100nm-1.5μm之間，且金顆粒呈(111)擇優取向；

步驟(2)中，采用直流磁控濺射技術在金顆粒表面沉積鋅薄膜的技術參數為：濺射功率20W，壓強1Pa，氬氣流量20SCCM，Zn沉積速率0.45nm/s，沉積時間為5s-2min；

步驟(2)中，所述退火條件為：溫度300-600℃，時間0.5-3h，升溫速率10℃/min。

6.如權利要求1所述的一種硼摻雜石墨烯修飾Au@ZnO核殼異質結型三乙胺氣敏材料的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，所述退火條件為：退火溫度為400-600℃，時間為2h。

7.如權利要求1所述的一種硼摻雜石墨烯修飾Au@ZnO核殼異質結型三乙胺氣敏材料的制備方法，其特征在于：步驟(3)中，所述Au電極的厚度為100nm，Ti電極的厚度為20nm；

步驟(4)中，所述氧化石墨烯、硼酸的質量比為1:1-10:1；

步驟(4)中，所述水熱反應的條件為：溫度為200℃，時間12h-24h，反應結束后按無水乙醇、去離子水順序重復清洗5次后，備用。

8.如權利要求1所述的一種硼摻雜石墨烯修飾Au@ZnO核殼異質結型三乙胺氣敏材料的制備方法，其特征在于：步驟(5)中，所述烘干條件為：真空干燥，在80℃烘1-3h；

步驟(5)中，所述退火的條件為：在流量分別為5SCCM和100SCCM的保護氣氛H₂和Ar下，在400-500℃保溫1-3h。