[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

本發明屬于傳感器技術領域，更具體地，涉及一種基于磷鉬酸分子修飾的碳納米管氣敏傳感器。該傳感器按結構分為碳納米管二端氣敏傳感器和三端氣敏傳感器。碳納米管二端氣敏傳感器自下而上包括：襯底、薄膜電極和磷鉬酸分子修飾的碳納米管；其中薄膜電極位于襯底表面；磷鉬酸分子修飾的碳納米管架設在薄膜電極之間作為氣敏傳感器敏感元件。在上述襯底表面和薄膜電極之間另外自下而上依次設置有柵極和柵介質層，形成基于場效應的碳納米管三端氣敏傳感器。通過采用磷鉬酸分子對碳納米管進行修飾制作氣敏傳感器，通過氣體分子與磷鉬酸分子之間高效地電子轉移，顯著地改變氣體敏感元件的電阻，進而提高了氣敏傳感器的靈敏度。

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，更具體地，涉及一種基于磷鉬酸分子修飾的碳納米管氣敏傳感器。

背景技術

碳納米管(CNT)是一種有著獨特結構的一維納米材料，由于其穩定的物理、化學特性和優異的電學性能而受到廣泛的研究。因其大的表面積和中空結構可以給氣體分子提供較多的吸附點以及對環境較為敏感，碳納米管已被用作氣敏傳感器敏感元件。然而，單純碳納米管做傳感材料存在靈敏度低、相應時間長等缺點，所以一些金屬、金屬氧化物以及有機聚合物常被用來改性碳納米管，提升碳納米管的傳感性能。目前，提高碳納米管傳感器靈敏度最有效的材料是半導體金屬氧化物，這種半導體氧化物具有足夠寬的帶隙，可以與很多氣體反應，但存在工作溫度過高、合成方法不穩定等缺點；而用于修飾碳納米管的一些有機聚合物，如聚苯胺、聚吡咯等，雖然增加了碳納米管的吸附位置，明顯提高了對甲醇、甲苯、苯等有機氣體的靈敏度，但對無機氣體的靈敏度和選擇性改變不大，不適合作為氣敏傳感器材料。現有碳納米管氣敏傳感器仍有待進一步改進。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于磷鉬酸分子修飾的碳納米管氣敏傳感器，其目的在于通過采用磷鉬酸分子對碳納米管進行修飾制作氣敏傳感器，由于具有氧化還原特性的磷鉬酸分子易與氣體分子發生氧化還原反應，氧化還原反應會引起氣體分子與磷鉬酸分子之間高效地電子轉移，顯著地改變氣體敏感元件的電阻，進而提高了氣敏傳感器的靈敏度，由此解決現有的碳納米管氣敏傳感器制備工藝復雜、條件苛刻或傳感器工作溫度范圍窄、對無機氣體靈敏度低和選擇性差的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種磷鉬酸分子修飾的碳納米管氣敏傳感器，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。

優選地，該氣敏傳感層為碳納米管二端氣敏傳感器，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。

優選地，該氣敏傳感層為基于場效應的碳納米管三端氣敏傳感器，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。