[發明專利]具有納米多孔結構的氣敏傳感器元件的制備方法

在審

• 申請號: 202010930688.9
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112213364A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 張清;周李兵;王海波;郝葉軍;賀耀宜;胡文濤;王小蕾;張一波;趙立廠;屈世甲;黃小明
• 申請（專利權）人: 天地（常州）自動化股份有限公司;中煤科工集團常州研究院有限公司
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 常州至善至誠專利代理事務所(普通合伙) 32409
• 代理人: 趙旭

本發明公開了一種具有納米多孔結構的氣敏傳感器元件的制備方法，包括以下步驟：S1、將聚合物覆膜自組裝在覆蓋在微加熱平臺的叉指電極上，得到叉指電極經過覆膜的模板基礎層；S2、采用納米壓印方法得到規整的納米模板結構，納米模板結構具有納米多孔陣列結構層，納米模板結構上殘留有殘余模板劑；S3、去除納米壓印殘留層以使叉指電極層裸露在空氣層且成為氣敏材料成膜載體；S4、在氣敏材料成膜載體上制備金屬離子摻雜氧化物薄膜作為氣體敏感材料層；S5、對殘余模板劑，得到具有納米多孔結構的氣敏傳感器元件。該制備方法兼具經濟性和環境友好型，具有可制造性和復制性較好的優點，對CH₄、CO、H₂、NO等有毒有害氣體的檢測具有高靈敏性、快速響應的特點。

技術領域

本發明屬于氣敏傳感器技術領域，具體涉及一種具有納米多孔結構的氣敏傳感器元件的制備方法。

背景技術

隨著現代化工業的迅速發展，大氣環境污染已成為人們健康生活的重點問題，因此高穩定性、高靈敏度、快速響應恢復的敏感材料研發已成為當下氣體傳感器研究熱點。多孔納米陣列結構因其較大的比表面積，能夠為氣體吸附和反應提供更多的表面活性位點，將顯著提高傳感器靈敏度。Xu等人采用PS微球模板劑，基于提拉法，制備出了多孔SnO₂敏感材料(Sci.Rep.5,10507)；Sun等人通過等離子刻蝕PS微球模板法，制備了Cu摻雜的SnO₂多孔結構(CN103529081A)。此外，Hu等人采用多孔硅結構制備納米氧化釩氣敏材料(CN104181206A)。

傳統方法有微球模板劑法和多孔硅修飾法，先對傳統方法舉例說明。

(1)微球模板劑法

例如專利文件CN103529081A中公開的微球模板劑法，微球模板劑通常為聚苯乙烯微球水溶液，價格昂貴，不適合大規模批量生產。

(2)多孔硅修飾法

例如專利文件CN104181206A中公開的多孔硅修飾法，多孔硅多采用化學腐蝕法，需要大量氫氟酸溶劑，不利有環境友好型發展。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。

為此，本發明提出一種具有納米多孔結構的氣敏傳感器元件的制備方法，該具有納米多孔結構的氣敏傳感器元件的制備方法結合納米壓印技術，能夠克服傳統方法的缺點，是一種可復制性、可制造性強的經濟制備方法。

根據本發明實施例的具有納米多孔結構的氣敏傳感器元件的制備方法，包括以下步驟：S1、將聚合物覆膜自組裝在覆蓋在微加熱平臺的芯片上的叉指電極上，得到所述叉指電極經過覆膜的模板基礎層；S2、對所述模板基礎層采用納米壓印方法得到規整的納米模板結構，所述納米模板結構具有納米多孔陣列結構層，所述納米模板結構上殘留有殘余模板劑；S3、去除所述納米模板結構上的納米壓印殘留層以使所述叉指電極層裸露在空氣層且成為氣敏材料成膜載體；S4、在所述氣敏材料成膜載體上制備金屬離子摻雜氧化物薄膜作為氣體敏感材料層；S5、對所述芯片去除所述殘余模板劑，得到具有納米多孔結構的氣敏傳感器元件。

根據本發明實施例的制備方法，避免采用昂貴的聚苯乙烯微球模板劑，轉而替代采用廉價的聚合物薄膜，結合納米壓印及刻蝕技術，在微加熱平臺上構筑多孔模板結構，達到模板劑及刻蝕相結合技術(CN103529081A)的相似效果，具有工藝簡單、成本低廉的優勢。根據本發明實施例的制備方法結合納米壓印技術，能夠克服傳統方法的缺點，是一種可復制性、可制造性強的經濟制備方法。

根據本發明一個實施例，步驟S1中，所述聚合物覆膜通過LB膜法、溶液蒸發法、旋涂法或者浸涂法中的一種進行自組裝。