[發明專利]基于單原子層氟化石墨烯的電子氨氣傳感器的制備方法

有效

• 申請號: 202011123839.6
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112255281B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 李虎;劉江偉;段天博
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;B82Y15/00;B82Y30/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 顏洪嶺

一種基于單原子層氟化石墨烯的電子氨氣傳感器的制備方法，包含以下步驟：(1)制備以石墨烯作為溝道材料的具有電學連接的電子器件：先將石墨烯制成石墨烯帶，然后將石墨烯帶制備成具有源電極和漏電極電學連接的石墨烯電子器件；(2)清洗步驟(1)制備的電子器件：將異丙醇和水進行混合，得到異丙醇水溶液；將電子器件在異丙醇水溶液中浸沒清洗，取出后利用氮氣或者氬氣吹干；(3)制備電子氨氣傳感器。該方法使用簡單，制備的電子氨氣傳感器不僅對氨氣具有較好的選擇性和極高的ppb等級靈敏度，同時復原過程非常簡單，停止氨氣檢測后傳感器即會自行復原為初始狀態，靈敏度高且實用性強。

技術領域

本發明涉及一種用于氨氣檢測的基于單原子層氟化石墨烯的電子氨氣傳感器的制備方法，屬于傳感器和納米材料技術領域。

背景技術

對于具有惡臭和高毒性氣體的檢測和監視，已經越來越被科學界和工業界重視，認為是解決環境和健康問題的重要舉措。其中作為代表氣體的氨氣是全世界分布最廣的無機污染物，并且與肺癌、哮喘和呼吸道炎癥等慢性疾病有著密切的相關。同時，氨氣的檢測對于工業農業和智能化生產也具有極其重要的意義。常規的氨氣傳感器主要基于金屬氧化物，例如氧化錫。但是這類傳感器存在一些其本身固有的不足，比如相對較低的敏感度、較差的穩定性以及需要較高的溫度來使得氣體傳感器到恢復到初始化狀態，以便于下次的測量。這些不足極大地阻礙了其在各種領域的應用和推廣。

石墨烯由于其本征的超大的比表面積，優良的電學性能，極高的機械強度和化學穩定性已被視作固態氣體傳感器的最理想材料之一。具體來講，石墨烯本征的二維結構屬性為其提供了極大的比表面積，因此保證了良好的靈敏度；高的導電特性確保石墨烯用作電子傳感器時只有極小的信號干擾；高的化學穩定性和機械性能則可確保此類傳感器極長的使用壽命。雖然石墨烯氣體傳感器的潛力很大，但是石墨烯的惰性表面特性使得部分氣體例如氨氣在其表面的附著能力很差，嚴重影響了敏感度，同時此惰性表面特性也使得石墨烯對要檢測氣體的選擇性識別能力較差。因此，能夠充分利用石墨烯本身各種優良性能，同時又可以克服其對氨氣敏感度不高和識別度差的石墨烯氣體傳感器就具有了很大的潛力。

發明內容

本發明主要針對現有技術的不足，提出一種基于單原子層氟化石墨烯的電子氨氣傳感器的制備方法，該電子氨氣傳感器敏感度極高、制備簡單，初始化快速且無需額外處理。

本發明基于單原子層氟化石墨烯的電子氨氣傳感器的制備方法，包含以下步驟：

步驟(1)，制備以石墨烯作為溝道材料的具有電學連接的電子器件：

先將石墨烯制成石墨烯帶，然后將石墨烯帶制備成具有源電極和漏電極電學連接的石墨烯電子器件，其中石墨烯帶是溝道材料，制備的源電極和漏電極實現石墨烯的電學連接。

所述石墨烯為化學氣相沉積的單層石墨烯。所述石墨烯的基底為二氧化硅基底，或者是氧化鋁基底。

所述石墨烯帶是由單層石墨烯利用電子束光刻和氧等離子體刻蝕制成。

所述源電極和漏電極采用現有電子束光刻和金屬沉積方法(公知技術)制備。

所述石墨烯帶的長度為10-60微米，寬度為10-50微米。

所述源電極和漏電極為金屬金，厚度為60-120納米。

步驟(2)，清洗步驟(1)制備的電子器件：

將異丙醇和水進行混合，得到異丙醇水溶液；將電子器件在異丙醇水溶液中浸沒清洗，取出后利用氮氣或者氬氣吹干。

所述異丙醇與水的體積比為1:1～3：1。

所述浸沒清洗時間為15分鐘-30分鐘。

步驟(3)，制備電子氨氣傳感器：