[發明專利]一種基于表面等離激元增強的金屬氧化物氣體傳感器

有效

• 申請號: 202010150034.4
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111272825B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 劉黎明;遲鋒;易子川;王紅航;楊健君
• 申請（專利權）人: 電子科技大學中山學院
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 重慶萃智邦成專利代理事務所(普通合伙) 50231
• 代理人: 舒夢來

本發明涉及一種基于表面等離激元增強的金屬氧化物氣體傳感器，包括基底層、叉指電極層、金屬氧化物層,所述金屬氧化物層的上方設置有貴金屬顆粒，貴金屬顆粒的上方還設置有金屬氧化物顆粒；通過在金屬氧化物的上方設置貴金屬顆粒，通過光激發出強烈的電子振蕩，并在貴金屬顆粒附近形成強電場，有利于將金屬氧化物附近的氧氣分子變成氧負離子，電阻劇烈增加；當待測氣體與傳感器接觸時，金屬氧化物自由電子濃度劇烈增加，電阻劇烈降低。通過檢測電阻的變化，就可以實現氣體分子的探測；該基于表面等離激元增強的金屬氧化物氣體傳感器具有下列優點：結構簡單，對氣體分子檢測靈敏度高，特別是甲醛、甲醇等分子檢測的靈敏度更高。

技術領域

本發明屬于氣體傳感技術領域，具體涉及一種基于表面等離激元增強的金屬氧化物氣體傳感器。

背景技術

隨著人們生活水平的提高，人們開始更多關注自身的健康問題了，我們所賴以生存的環境氣體對我們的身體健康是至關重要的。尤其在一些作業環境中，比如隧道、地下管道、礦井、密閉空間、以及進行過裝修作業的空間，其空氣中可能存在有毒有害氣體，當人們進入時會對人的身體造傷害。在這種情況下，需要先對其中的空氣進行檢測，看是否存在對人體不利的有毒有害氣體。

目前制約氣體傳感器發展的主要原因有：氣體傳感器的靈敏度較低、選擇性較差、功耗大、制備工藝復雜、價格高等因素，而所有這些因素都與氣體傳感器所采用的敏感材料和氣體傳感器的結構有關。可以說，敏感材料與傳感器的結構是新型氣體傳感器乃至新的氣體傳感器技術的基礎與關鍵。

發明內容

本發明提供了一種基于表面等離激元增強的金屬氧化物氣體傳感器，包括基底層，所述基底層的上方設置有叉指電極層，所述叉指電極層的上方設置有金屬氧化物層,所述金屬氧化物層的上方設置有貴金屬顆粒，所述貴金屬顆粒的上方還設置有金屬氧化物顆粒。

所述貴金屬顆粒之間的間隙內設置有第二金屬氧化物顆粒。

所述金屬氧化物顆粒與貴金屬顆粒之間設置有還原氧化石墨烯層。

所述貴金屬顆粒為球形。

所述貴金屬顆粒的半徑為20nm～100nm。

所述叉指電極層的叉指為長方體。

所述叉指電極層的叉指的間距為20nm～100nm，叉指的寬度為20nm～100nm，所述叉指電極層的厚度為100nm～1000nm。

所述叉指電極層是由金或銀制成。

所述金屬氧化物層是氧化鐵(Fe₂O₃)、氧化銅(CuO)、氧化鋅(ZnO)、四氧化三鈷(Co₃O₄)、氧化鎳(NiO)中的一種或多種組成。

所述貴金屬顆粒是由金或銀或銅制成。

與現有技術相比，本發明的有益效果：本發明提供了的這種基于表面等離激元增強的金屬氧化物氣體傳感器，通過在金屬氧化物的上方設置貴金屬顆粒，通過光激發出強烈的電子振蕩，并在貴金屬顆粒附近形成強電場，這些強電場和強烈的電子振蕩有利于將金屬氧化物附近的氧氣分子變成氧負離子，使得金屬氧化物和貴金屬顆粒整體結構的自由電子濃度減少，電阻劇烈增加；當待測氣體與傳感器接觸時，氣體分子與更多的氧負離子反應，生成更多的自由電子，這些自由電子返回該氣體傳感器中，使得金屬氧化物自由電子濃度劇烈增加，電阻劇烈降低。通過檢測電阻的變化，就可以實現氣體分子的探測；該基于表面等離激元增強的金屬氧化物氣體傳感器具有結構簡單，對氣體分子檢測靈敏度高，特別是甲醛、甲醇等分子檢測的靈敏度更高。

以下將結合附圖對本發明做進一步詳細說明。

附圖說明

圖1是基于表面等離激元增強的金屬氧化物氣體傳感器的結構示意圖一。