[發明專利]一種納米機電氫氣傳感器及制備方法

在審

• 申請號: 202010206656.4
• 申請日: 2020-03-23
• 公開（公告）號: CN111398362A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 張敏昊;宋鳳麒;曹路;張同慶
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

1.一種納米機電氫氣傳感器，其特征在于，包括襯底層、至少一層鐵電層、金屬納米線、“裂結”、電極層，所述至少一層鐵電層設置在所述襯底層上，所述金屬納米線形成在所述鐵電層上，包括至少一根金屬納米線；，所述“裂結”形成在所述金屬納米線上，每根金屬納米線包括至少一個“裂結”，第一電極層與所述金屬納米線接觸，第二電極層與所述鐵電層接觸，并且這兩電極層互相不接觸。

2.根據權利要求1所述的一種納米機電氫氣傳感器，其特征在于，所述襯底層為單晶硅層、鈦酸鍶層、云母層、藍寶石層或玻璃。

3.根據權利要求1所述的一種納米機電氫氣傳感器，其特征在于，所述鐵電層為鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT層、鈦酸鋇層、聚偏氟乙烯(PVDF)層、氧化鉿層或摻雜氧化鉿層。

4.根據權利要求1所述的一種納米機電氫氣傳感器，其特征在于，所述金屬納米線為具有吸氫后體積膨脹的性質的金屬鈀納米線。

5.根據權利要求1所述的一種納米機電氫氣傳感器，其特征在于，“裂結”的寬度2-5nm。

6.根據權利要求1所述的一種納米機電氫氣傳感器，其特征在于，所述電極層為金、銀、銅、鉑、鎳或銦層。

7.根據權利要求1-6之一所述的一種納米機電氫氣傳感器的應用，其特征在于，在吸收氫氣之前，所述的鐵電層在循環電場作用下能對所述的裂結的開啟或閉合狀態進行精確地編程；即在吸收氫氣之前，所述的裂結處于開啟狀態，在吸收氫氣之后，所述金屬納米線體積膨脹，使得所述的裂結處于閉合狀態；在吸收氫氣之后，所述的鐵電層在循環電場作用下可以對所述的裂結的開啟或閉合狀態進行精確地編程。

8.根據權利要求1-6之一所述的一種納米機電氫氣傳感器的制備方法，其特征在于，

1)選用襯底，依次以溶劑、去離子水超聲清洗；

2)電極層電子束蒸發設備制備，金屬電極膜厚度10±3nm；

3)鐵電層用脈沖激光沉積法制備；厚度10±3nm；

4)金屬鈀納米線制備，通過電子束光刻、磁控濺射在鐵電層上表面制備金屬鈀納米線：制備的金屬鈀納米線的寬度50±10nm，長度5-15μm；

5)“裂結”通過機械脆裂法來制備；采用機械脆裂技術，在金屬鈀納米線上制備“裂結”，“裂結”的寬度2-5nm；

6)用磁控濺射法制備電極層；在金屬鈀納米線的兩端沉積鎳電極；此處的電極層與步驟2)中的電極層不連接。

9.根據權利要求8所述的一種納米機電氫氣傳感器的制備方法，其特征在于，

1)選用單晶PMN-PT作為鐵電層，用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗；

2)用電子束蒸發設備制備電極層；在單晶PMN-PT鐵電層的下表面鍍一層金；蒸鍍時，腔體真空度10^-4Pa，襯底溫度20℃，沉積速率制備的金膜厚度10～100nm；

3)在已生成的金/PMN-PT用膠固定至硅襯底上；

4)金屬納米線用電子束蒸發設備制備；在單晶PMN-PT鐵電層的上表面通過電子束光刻、電子束蒸發制備金屬鈀納米線；制備的金屬鈀納米線的寬度50nm，長度10μm；

5)“裂結”通過聚焦離子束刻蝕來制備；采用聚焦離子束刻蝕技術，在金屬鈀納米線上制備“裂結”，“裂結”的寬度2-10nm；

6)在步驟5)所得的結構上制備電極層5.1；在金屬鈀納米線的兩端沉積金電極；此處的金電極層與步驟2)中的電極層不連接。

10.根據權利要求8所述的一種納米機電氫氣傳感器的制備方法，其特征在于，：

1)選用單晶鈦酸鍶襯底，用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗；

2)電極層用電子束蒸發設備制備；在單晶鈦酸鍶襯底上表面鍍一層鎳；蒸鍍時，腔體真空度10^-4Pa，襯底溫度20℃，沉積速率制備的鎳膜厚度10nm；

3)鐵電層用脈沖激光沉積法制備；蒸鍍時，激光能量300mJ/pluse，腔體真空度10^-4Pa，襯底溫度550℃；制備的鈦酸鋇厚度10nm；

4)金屬鈀納米線用磁控濺射設備制備；通過電子束光刻、磁控濺射在鈦酸鋇層上表面制備金屬鈀納米線；制備的金屬鈀納米線的寬度50nm，長度10μm；

5)“裂結”通過機械脆裂法來制備；采用機械脆裂技術，在金屬鈀納米線上制備“裂結”，“裂結”的寬度2-5nm；

6)在步驟5)所得的結構上用磁控濺射法制備電極層5.1；在金屬鈀納米線的兩端沉積鎳電極；此處的鎳電極層與步驟2)中的電極層不連接。