[發明專利]可自加熱的激光誘導石墨烯柔性NO2

在審

• 申請號: 202010568801.3
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111537575A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 楊麗;鄭廣浩;姬華東;王宏麗
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;C01B32/184;B82Y40/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

本發明為可自加熱的激光誘導石墨烯柔性NO2氣體傳感器的制備方法。本發明包括絕緣區域、電極區域、銀涂層區域與氣敏區域，所述絕緣區域設置于底端，所述電極區域與所述氣敏區域設置于絕緣區域上表面，所述銀涂層區域設置于電極區域兩端的電極連接區域，所述電極區域與氣敏區域為通過激光的高能量一步誘導制備的具有更大孔隙率結構的三維多孔石墨烯圖案。氣敏區域由于其獨特石墨烯三維結構尺寸，可省去額外添加氣敏材料的步驟，達到同樣甚至更好效果的氣體吸附。該方法利于NO2氣體分子快速脫附，提高傳感器使用重復性，降低制造成本，制造周期短，靈敏度高，檢測限可以達到10ppb，在環境監測和醫療診斷方面有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及傳感器領域，具體涉及一種可自加熱的激光誘導石墨烯柔性NO2氣體傳感器的制備方法。

背景技術

二氧化氮(NO2)是一種易揮發有刺激性的有毒氣體。根據國家標準《工作場所有害因素職業接觸限值(GBZ2-2007)》規定，人體NO2接觸限值為5mg/m³(2.54PPM)。即使人體暴露于二氧化氮的時間很短，肺功能也會受到損害；如果長時間暴露于二氧化氮，呼吸道感染的機會就會增加，而且可能導致肺部永久性器質性病變。人體呼出氣冷凝液中也含有NO2，并且通過研究發現呼出氣冷凝液中NO2濃度越高，支氣管哮喘急性發作幾率越高。因此，一種具有高靈敏度、柔性、低檢測限的NO2氣體傳感器是目前環境監測和醫療診斷行業迫切需要的，且有助于實現NO2的高可靠實時監控。

石墨烯具有優異的化學和物理性質，三維多孔結構的石墨烯，以其高比表面積，高電子遷移率以及機械穩定性在氣體傳感器方面發揮著巨大的優勢。激光誘導石墨烯(LaserInduced Graphene，LIG)是利用激光的高能量破壞原碳源的結構，形成短鏈碳或者無定形碳，之后在基底表面進行二維重構，形成三維多孔石墨烯薄膜，這種技術可同時一步實現三維石墨烯材料的原位制備和高精度圖案化組裝，而不需要濕化學步驟，制造過程簡便、材料形貌可控。

大多數高靈敏度氣體傳感器在室溫工作時響應小，響應/恢復過程慢，需要升溫加速氣體分子的吸附和解吸過程，因此需要配置額外的微型加熱器。本發明設計的氣體傳感器可實現自加熱功能，大大提升了氣體傳感器的靈敏度與恢復速度，實現低功耗快速氣體傳感。

發明內容

本發明的目的是，提供一種可自加熱的激光誘導石墨烯柔性NO2氣體傳感器及制備方法，該方法通過激光一步誘導生成石墨烯既做電極區域又做氣敏區域，提高NO2氣體檢測靈敏度；杠鈴型石墨烯結構更利于傳感器陣列，紫外激光(Ultraviolet Laser，UV)獲得的氣敏區域線寬更細，便于自加熱效應。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種可自加熱的激光誘導石墨烯柔性NO2氣體傳感器的制備方法，該方法包括下述步驟：

(1)將聚酰亞胺(Polyimide，PI)膠帶裁剪至所需尺寸(以完全覆蓋步驟(2)中載玻片表面為佳)的矩形形狀；

(2)通過水溶膠將經步驟(1)得到的PI膠帶粘至載玻片表面；

(3)將經步驟(2)得到的PI膠帶利用高能量激光誘導出三維石墨烯圖案，三維石墨烯圖案包括兩端的電極連接區域和連接兩電極連接區域的單線石墨烯區域，單線石墨烯區域起到連接兩電極連接區域的作用，形成導電通路，同時又能直接作為氣敏區域；所述單線石墨烯的寬度為40-90μm；

(4)將經步驟(3)得到的電極連接區域用導電銀墨水對其上表面完全涂覆，制成銀涂層區域；

(5)將涂好銀涂層的組合體脫離載玻片后，再通過熱釋活膠帶轉移至柔性可拉伸基底上，制成柔性氣體傳感器。

所述柔性可拉伸基底為PDMS等具有柔性，能彎曲、拉伸，沿待粘貼對象表面貼合。