[發(fā)明專利]一種基于二維玻璃石墨烯的化學(xué)傳感器陣列在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910707412.1 | 申請日： | 2019-08-01 |
| 公開（公告）號： | CN110426429A | 公開（公告）日： | 2019-11-08 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 徐浩;李彩虹;李瀟;王志明;巫江;杜文;黃一軒;鄒吉華;劉和樁 | 申請（專利權(quán)）人： | 電子科技大學(xué) |
| 主分類號： | G01N27/26 | 分類號： | G01N27/26;G01N27/30 |
| 代理公司： | 成都聚蓉眾享知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51291 | 代理人： | 孟凡娜 |
| 地址： | 611731 四川省成*** | 國省代碼： | 四川;51 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 石墨烯 玻璃 化學(xué)傳感器陣列 傳感材料 二維 揮發(fā)性有機(jī)化合物 傳感器陣列 傳感器陣 傳感信號 輔助沉積 可重復(fù)性 靈敏感應(yīng) 聚合物 襯底層 電調(diào)控 電極層 傳感器 高信 放大 響應(yīng) | ||
本發(fā)明公開一種基于二維玻璃石墨烯的化學(xué)傳感器陣列，從下到上依次包括襯底層、傳感材料層和電極層。所述傳感材料層為玻璃石墨烯，所述玻璃石墨烯采用聚合物輔助沉積法制備；所述傳感器陣列為hall?bar結(jié)構(gòu)。通過這種設(shè)計，該傳感器展現(xiàn)出極好的針對揮發(fā)性有機(jī)化合物的靈敏感應(yīng)特性、選擇性、穩(wěn)定性、可重復(fù)性和高信噪比，且所述該傳感器陣列無柵極電調(diào)控，具有跨導(dǎo)功能，可以放大傳感信號、加快響應(yīng)速率。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種基于二維玻璃石墨烯的化學(xué)傳感器陣列。
背景技術(shù)
傳感器在探測周圍污染物包括固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)方面都有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的傳感器大多由塊體材料制備，包括金屬氧化物半導(dǎo)體，金屬氧化物摻雜的金屬納米顆粒，金屬有機(jī)框架結(jié)構(gòu)等，以上材料制備的傳感器由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作成本高，通常不能滿足實(shí)時和低成本的化學(xué)物質(zhì)探測要求。自從基于石墨烯的傳感器被報道以來，基于石墨烯和石墨烯的衍生物，如石墨烯帶，碳納米管，還原氧化石墨烯的化學(xué)傳感器被廣泛地研究。石墨烯及其衍生物做傳感材料可以與被探測的化學(xué)物質(zhì)形成范德瓦爾斯力或共價鍵，進(jìn)而誘導(dǎo)電荷在他們之間轉(zhuǎn)移，形成電流變化。一方面，石墨烯及其衍生物被廣泛地應(yīng)用于探測有毒或被污染的氣體分子如CO，NH3，SO2等，但在揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)探測方面的研究依舊受限；另一方面，作為玻璃碳和石墨烯的中間態(tài)，玻璃石墨烯具有彎曲的晶格結(jié)構(gòu)，Stone-Wales(SW)缺陷，透明，導(dǎo)電，易被摻雜，易被轉(zhuǎn)移至柔性襯底，尤其是可以大規(guī)模制備均勻的玻璃石墨烯薄膜，都使得其被廣泛應(yīng)用于低成本大規(guī)模的VOC液相傳感器。這種傳感器的VOC探測靈敏度，選擇性，穩(wěn)定性和可重復(fù)性還需要進(jìn)一步提高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種基于二維玻璃石墨烯的化學(xué)傳感器陣列，通過大規(guī)模制備均勻的玻璃石墨烯薄膜，并結(jié)合hall-bar結(jié)構(gòu)形成無柵極電調(diào)控的透明二維玻璃石墨烯化學(xué)傳感器陣列的方法，從而提高傳感器探測VOC液體的靈敏度，選擇性，穩(wěn)定性和可重復(fù)性。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：一種基于二維玻璃石墨烯的化學(xué)傳感器陣列，包括襯底層，在襯底層上沉積透明均勻的傳感材料層和電極層。
作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：所述襯底層的材料為石英。
作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：所述透明均勻傳感材料層材料為玻璃石墨烯，所述傳感材料層厚度為0.9nm，1.5nm，2nm和25nm，所述傳感材料層制備得到的尺寸為10cm×7cm，所述傳感材料層粗糙度小于0.7nm，所述傳感材料層的生長方法是聚合物輔助沉積。
作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步描述：所述聚合物輔助沉積法包括：
按質(zhì)量將1份葡萄糖和0.5份聚乙烯亞胺混合溶解在5份去離子水中形成溶液，其中，葡萄糖質(zhì)量從0.2份到6份可調(diào)，可得到不同厚度的樣品薄膜；
然后將所述溶液在室溫下用磁子攪拌12h，轉(zhuǎn)速為2600rpm；
將所述攪拌后的所述前驅(qū)體溶液旋涂在襯底層(1)上并得到薄膜，其中，旋涂速度為8000rpm，旋涂時間為30s；
將所述薄膜在Ar和H2氣氛下退火，然后自然冷卻到室溫，其中，退火溫度為1000℃，升溫速率為2℃/min，退火時長為5min，Ar和H2氣流流速分別為10和1sccm；
在退火后的所述薄膜上蒸鍍一層Ni薄膜，其中Ni薄膜的作用是增強(qiáng)結(jié)晶度；
將蒸鍍后的所述薄膜再次退火，得到樣品，其中，退火溫度為850℃；
將所述樣品置于FeCl3溶液，去除殘余Ni，其中FeCl3溶液濃度為1mol/L。
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