[發明專利]一種基于可打印微米線陣列敏感層的柔性氣體傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201810867874.5
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN108956716A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 王麗麗;王康
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 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;王恩遠

一種基于可打印鍺酸鋅微米線陣列敏感層的柔性氣體傳感器及其制備方法，屬于柔性電阻式氣體傳感器技術領域。本發明所述的傳感器是以鍺酸鋅微米線陣列作為器件的敏感層，將鍺酸鋅微米線陣列直接打印在柔性聚二甲酸乙二醇酯襯底表面，微米線與微米線間距為100～300μm、微米線直徑范圍為8～12μm，然后利用表面沉積法在鍺酸鋅微米線陣列的兩端沉積與微米線陣列徑向垂直的兩個彼此分立的納米線電極，電極之間間距為10～80μm，電極厚度為80～150nm，形成柔性電阻式氣體傳感器。本發明具有制備方法簡單環保、成本低的特點，微米線陣列具有好的一維結構，有利于電子傳輸，進而提高器件性能，可廣泛應用在可穿戴電子領域。

技術領域

本發明屬于柔性電阻式氣體傳感器技術領域，具體涉及一種基于可打印鍺酸鋅(Zn₂GeO₄)微米線陣列敏感層的柔性氣體傳感器及其制備方法。

背景技術

近年來，環境污染問題日趨嚴峻，隨之而來的一系列問題，包括如何評估環境對人體健康的影響、如何監測監控有毒有害氣體、如何處理及吸收有毒有害氣體已經成為了一個世界范圍內的重要課題。傳統的基于剛性硅基襯底氣體傳感器，雖然準確度高，但由于剛性襯底不適用于不同表面的物體，限制了其應用的廣泛性。然而，隨著智能可穿戴設備的快速發展，柔性電子已經越來越多滲透到我們的日常生活中。基于柔性襯底的氣體傳感器，兼具了低成本、可彎曲、便攜輕便、可實現批量化生產等特點，使其廣泛適用于環境監測、公眾安全監測、醫療健康監控、食品安全監管、農業林業管理等多種不同應用場景。柔性氣體傳感器的研究在現階段已成為氣體傳感器研究領域的熱門。

目前，大多數柔性氣體傳感器的制備主要是通過旋涂法或濺射沉積法將敏感層沉積在襯底表面，該方法形成的敏感層與襯底之間的粘附作用力相對較差，導致器件在測試中個異性差別較大。因此迫切需要發明一種可打印的柔性氣體傳感器應用在可穿戴領域。華東師范大學張健等人(傳感技術學報，2018，31，502-506)開發了一種基于噴墨打印技術的柔性丙酮氣體傳感器，在室溫下對丙酮的靈敏度約為2.0。此外，所得到的氣體傳感器在室溫下的響應恢復時間分別為87s和56s。然而，這些可打印的柔性氣體傳感器雖然具有制造工藝簡單、制造成本低、無額外設備或特殊環境需求、小尺寸等優點，但也存在著響應恢復時間慢、無法精準實現對有毒有害氣體的快速監測等缺點。

為此，需要發明出一種既具有低成本，工藝簡單可大規模生產，又同時具有高靈敏、快響應、可實時監測的可穿戴的柔性氣體傳感器。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于可打印鍺酸鋅(Zn₂GeO₄)微米線陣列敏感層的柔性氣體傳感器及其制備方法。

本發明所述的傳感器是以傳統的金屬氧化物半導體鍺酸鋅(Zn₂GeO₄)微米線陣列作為器件的敏感層，將鍺酸鋅(Zn₂GeO₄)微米線陣列直接打印在柔性聚二甲酸乙二醇酯(PI)襯底表面，然后利用表面沉積法在鍺酸鋅(Zn₂GeO₄)微米線陣列的兩端沉積與微米線陣列徑向垂直的兩個彼此分立的電極，電極之間間距為10～80μm，電極厚度為80～150nm，形成柔性電阻式氣體傳感器。如圖1所示，鍺酸鋅(Zn₂GeO₄)微米線陣列通過識別目標氣體分子表現為自身的電阻變化，進而應用于有毒有害氣體的監測。

為了實現上述目的，本發明設計一種基于可打印微米線陣列的柔性電阻式氣體傳感器，由下至上依次由柔性襯底，在柔性沉底上直接打印的微米線陣列、在微米線陣列的兩端沉積的與微米線陣列徑向垂直的兩個彼此分立的電極組成；其特征在于：微米線陣列為金屬氧化物鍺酸鋅(Zn₂GeO₄)材料，其微米線直徑范圍為8～12μm，微米線與微米線間距為100～300μm。