[發明專利]利用激光輻射制造碳基結構的方法及相應設備

在審

• 申請號: 201880074669.1
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN111356915A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 塞巴斯蒂安·紐弗;A·N·布倫頓
• 申請（專利權）人: 萬佳雷射有限公司
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 李艷;臧建明

公開了制造傳感器或濾波器的方法。在一種布置中，在支撐襯底上提供施主材料。所述施主材料包含碳或碳化合物。提供一收集襯底。利用激光輻射照射所述施主材料。所述照射使得在收集襯底上形成包含碳的多孔材料。收集襯底包括電極布置，所述電極布置被配置為依據多孔材料的一部分的電學特性而提供輸出。

技術領域

本發明涉及制造使用包含碳的多孔材料的傳感器，并且涉及制造使用包含碳的多孔材料的過濾器。

背景技術

基于化敏電阻器的氣體傳感器是已知的。化敏電阻器是其電阻率響應于目標物質的存在而變化的材料。目標物質例如通過共價鍵、氫鍵或分子識別與化敏電阻材料發生化學相互作用。已知具有化敏電阻特性的材料包括金屬氧化物半導體、導電聚合物以及例如石墨烯、碳納米管和納米顆粒等納米材料。

氣體傳感器會受到目標物質以外的物質(尤其是濕度)的影響。這降低了準確性和選擇性。

需要監測諸如NO₂之類的物質以跟蹤空氣污染，尤其是在城鎮中。現有系統使用在相對較長的時間內對空氣進行采樣的裝置，并且需要將所述裝置收集以在實驗室中進行詳細分析。這樣的系統可以提供高精度，但是操作/收集昂貴且費時，并且不能提供實時測量。可以使用依賴于目標物質(例如NO₂)和金屬氧化物材料之間的反應的傳感器，但是這些設備需要加熱金屬氧化物材料，還需要在測量過程中驅動所需的反應或在測量后清潔材料。因此，這些傳感器消耗高功率，并且由于需要更換電源(例如電池)而不易長時間放置。

一些納米材料結構已用于測量低濃度的氣體，其中包括碳納米材料。Llobet，E的《綜述：使用碳納米材料的氣體傳感器》，Sensors and Actuators B:Chemical 179卷，32-45頁(2013年)中描述了一個示例。盡管石墨烯和碳納米管可以以原始形式測量低濃度，但它們沒有選擇性(請參見Melios,C等人的《使用外延石墨烯傳感器在復雜環境中檢測超低濃度NO₂》，ACS sensors(2018年)和Valentini,L等人的《基于碳納米管薄膜的亞ppm NO₂氣體檢測傳感器》，Applied Physics Letters 82卷，961-963(2003年)。

發明內容

本發明的目的是提供一種使用多孔材料的改進的傳感器或過濾器或其他設備和/或用于生產所述傳感器或過濾器或其他設備的更有效的制造方法。

根據本發明的一個方面，提供了一種制造傳感器的方法，包括：在支撐襯底上提供施主材料，所述施主材料包含碳或碳化合物；提供收集襯底；和利用激光輻射照射所述施主材料，其中所述照射使得在所述收集襯底上形成包含碳的多孔材料，其中：所述收集襯底包括電極布置，所述電極布置被配置為依據所述多孔材料的一部分的電學特性提供輸出。

所述方法允許以可靠和可再現的方式制造適于在包括電極布置的傳感器中使用的多孔形式的碳。多孔材料的形成方法特別適合于制造傳感器，因為多孔材料可以在環境條件下(而不是真空條件下)直接在襯底上形成，并且其幾何形狀可以用于傳感器中，而無需對多孔材料進行大量的進一步操作(例如，將多孔材料從一個表面轉移到另一個表面)。例如，多孔材料可以分布在包含電極布置的區域上，所述區域足夠寬以使多孔材料執行其功能而不在沉積期間提供收集襯底的任何移動(但是如果需要可以這樣做)。

在一個實施例中，多孔材料充當化敏電阻器。

在一個實施例中，多孔材料包括三維網絡，所述三維網絡具有由碳形成的細長連接結構，其中，細長連接結構不是管狀的。與其他形式的碳相比，所述網絡可提供大比表面積，從而有助于提高傳感器的靈敏度。

在一個實施例中，施主材料層被穿過收集襯底的激光輻射照射。所述幾何形狀方便地允許相同的照明系統(例如激光源和光學器件)被有效地使用以處理收集襯底(例如激光燒蝕收集襯底上要用作傳感器中的電極布置的金屬層中的圖案)并在收集襯底上(例如在電極布置上)形成多孔材料。