[發明專利]一種氣體傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201811547367.X
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109596572B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 萬磊;李朝暉;高社成;劉偉平;陳振世;張輝
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識產權代理有限公司 11616
• 代理人: 梁永昌

本發明公開了一種氣體傳感器，包括基片和沉積在基片上的增益介質層；基片表面有環形溝槽。本發明還公開了一種氣體傳感器制備方法，具體包括如下的步驟：采用光刻刻蝕工藝在石英玻璃基片表面加工環形溝槽作為氣體傳感器主體；在氣體傳感器主體上沉積聚合物摻雜的量子點作為增益介質層，完成基于片上量子點微腔的氣體傳感器制作。本發明利用增益介質形變和折射率變化引起激射波長移動的傳導機制測試氣體濃度，其測試系統簡單，易實現片上集成化、微型化，便攜性強。

技術領域

本發明屬于氣體濃度測量技術領域，特別涉及一種基于聚合物摻雜型量子點光學微腔的氣體傳感器及其制備方法。

背景技術

現實生活中，低濃度氣體探測在眾多場合至關重要。例如，在酒駕的執法過程中，環境有毒氣體監測中，危險氣體成分分析上以及易燃易爆氣體制造運輸過程中，氣體含量的多少直接關系人們正常生活的秩序和健康。如何高效的探測低濃度的氣體成分成為傳感器研究領域值得發展的課題。

氣體傳感器屬于化學傳感器的一類，主要包括：半導體氣體傳感器，電化學氣體傳感器，催化燃燒式氣體傳感器，熱導式氣體傳感器，紅外線氣體傳感器，固體電解質氣體傳感器等。在眾多類型的氣體傳感器中，大多數氣體傳感器都采用生物化學、電化學、物理和光學的設計原理。其中，光學氣體傳感器因為抗電磁干擾性強，響應速度快，恢復時間短，靈敏度高，易集成，尺寸小等優勢近些年備受研究人員的關注。

針對不同的測試氣體，為了提高氣體探測的靈敏度，研究人員選用了不同的吸收材料和傳導機制，例如金屬氧化物，聚合物，碳元素同素異形體，量子級聯激光器，懸梁臂和狹縫波導等等。因此，探索不同類型的氣體探測傳導機制，選擇不同靈敏度的光學材料，對進一步拓展氣體傳感器的類型，增強其氣體探測靈敏度具有積極的促進作用。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種氣體傳感器及其制備方法，其利用增益介質形變和折射率變化引起激射波長移動的傳導機制測試氣體濃度，其測試系統簡單，易實現片上集成化、微型化，便攜性強。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：一種氣體傳感器，包括基片和沉積在基片上的增益介質層；基片表面有環形溝槽。

優選的，所述基片為石英玻璃基片，厚度為5um-4mm，環形溝槽刻蝕寬度為0.1um-500um，刻蝕深度為0.1um-500um。

優選的，所述增益介質層包括膠體量子點層和其上固化的聚合物層，增益介質層的厚度在0.1um-500um之間。

更進一步的，所述膠體量子點層為二元或三元或四元的單核量子點，或為二元或三元或四元的核殼型量子點，或為表面羥基化或氨基化功能修飾后的量子點增益材料；量子點的濃度為1mg/mL-100mg/mL。

更進一步的，所述聚合物為聚苯乙烯PS或聚甲基丙烯酸甲酯PMMA或聚碳酸酯PC或COC等常見熱塑型光功能聚合物材料；聚合物摻雜的質量分數為0.1％-10％。

優選的，所述增益介質層為聚合物摻雜的量子點層或有機染料層或有機染料復合物層或稀土離子層或稀土離子復合物層或有機半導體聚合物層或純量子點層或量子點復合物層；通過沉積不同類型的增益介質，可以實現不同氣體探測目標的選擇性。

一種氣體傳感器制備方法，具體包括如下的步驟：

S1、采用光刻刻蝕工藝在石英玻璃基片表面加工環形溝槽作為氣體傳感器主體；

S2、在氣體傳感器主體上沉積聚合物摻雜的量子點作為增益介質層，完成基于片上量子點微腔的氣體傳感器制作。

優選的，所述步驟S1選厚度為5um-4mm、表面光滑平整的石英玻璃基片，利用半導體光刻刻蝕的方法在石英玻璃基片表面加工環形溝槽。