[發明專利]基于磷鉬酸分子修飾的碳納米管氣敏傳感器

有效

• 申請號: 201910011383.5
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109682866B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 周文利;朱宇;陳昌盛;吳碩;程潤虹;王耘波;高俊雄
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

1.一種磷鉬酸分子修飾的碳納米管氣敏傳感器，其特征在于，該傳感器采用磷鉬酸分子修飾的碳納米管作為氣敏傳感器敏感元件，磷鉬酸分子以堆積顆粒狀吸附在所述碳納米管表面；

該傳感器工作時，具有氧化還原特性的磷鉬酸分子與氣體分子發生氧化還原反應，氧化還原反應使得氣體分子與磷鉬酸分子之間發生電子轉移，改變所述氣敏傳感器敏感元件的電阻，提高氣敏傳感器的靈敏度；

該氣敏傳感器為碳納米管二端氣敏傳感器或基于場效應的碳納米管三端氣敏傳感器；

該氣敏傳感器為碳納米管二端氣敏傳感器時，其自下而上包括：襯底、薄膜電極和磷鉬酸分子修飾的碳納米管；其中所述薄膜電極位于所述襯底表面；所述薄膜電極為金屬薄膜電極或石墨烯電極或石墨烯/過渡金屬復合薄膜電極；磷鉬酸分子修飾的碳納米管架設在所述薄膜電極之間作為氣敏傳感器敏感元件；

該氣敏傳感器為基于場效應的碳納米管三端氣敏傳感器時，其自下而上包括：襯底、柵極、柵介質層、薄膜電極和磷鉬酸分子修飾的碳納米管；其中所述柵極位于所述襯底表面；所述柵介質層位于所述柵極表面；所述薄膜電極位于所述柵介質層表面；所述薄膜電極為金屬薄膜電極或石墨烯電極或石墨烯/過渡金屬復合薄膜電極；磷鉬酸分子修飾的碳納米管架設在所述薄膜電極之間作為氣敏傳感器敏感元件。

2.如權利要求1所述的氣敏傳感器，其特征在于，所述薄膜電極為石墨烯電極，所述磷鉬酸分子修飾的碳納米管通過范德華力與所述石墨烯電極連接；或者所述薄膜電極為石墨烯/過渡金屬復合薄膜電極，所述磷鉬酸分子修飾的碳納米管兩端解鏈后通過共價鍵與所述石墨烯/過渡金屬復合薄膜電極中的石墨烯連接。

3.如權利要求1所述的氣敏傳感器，其特征在于，所述襯底材料為Si、SiO₂、SiO₂/Si、GaAs、GaN、SiC、BN、陶瓷或藍寶石中的任意一種。

4. 如權利要求1所述的氣敏傳感器，其特征在于，所述薄膜電極厚度為50nm~1.64μm,薄膜電極間距為0.5~6μm, 薄膜電極寬度為0.5~6μm。

5.如權利要求1所述的氣敏傳感器，其特征在于，所述柵介質層厚度為20~50nm，柵介質層采用的材料為SiO₂或介電常數高于3.9的高k材料；所述柵極厚度為50~200nm。

6.如權利要求1所述的氣敏傳感器，其特征在于，所述柵介質層采用的材料為HfO₂。

7.如權利要求1所述的氣敏傳感器，其特征在于，通過將碳納米管溶液與磷鉬酸溶液混合超聲，獲得磷鉬酸分子修飾的碳納米管；所述碳納米管溶液的濃度為0.001μg/ml~1000μg/ml；所述磷鉬酸溶液的濃度為1μg/ml~5000μg/ml；所述碳納米管溶液與磷鉬酸溶液混合超聲功率為100~300W，超聲時間為5~30h。

8.如權利要求1所述的氣敏傳感器，其特征在于，將磷鉬酸溶液滴加至架設在所述薄膜電極之間的碳納米管上，靜置后獲得磷鉬酸分子修飾的碳納米管；所述碳納米管溶液的濃度為0.001μg/ml~1000μg/ml；所述磷鉬酸溶液的濃度為1μg/ml~5000μg/ml；所述靜置時間為2~30min。

9.如權利要求7或8所述的氣敏傳感器，其特征在于，所述碳納米管溶液和磷鉬酸溶液中的溶劑為易于溶解碳納米管、磷鉬酸的有機溶劑。

10.如權利要求9所述的氣敏傳感器，其特征在于，所述有機溶劑為二甲基甲酰胺。