[發(fā)明專利]一種用于室溫下硫化氫氣體檢測傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110058589.0
• 申請日: 2021-01-16
• 公開（公告）號: CN112858400A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚賀洵;賀春揚(yáng);申國輝
• 申請（專利權(quán)）人: 佛山鑫宏騰科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11616
• 代理人: 徐佳慧

本發(fā)明涉及建筑工程領(lǐng)域，且公開了一種室溫下硫化氫氣體檢測傳感器。包括還原氧化石墨烯納米片1，銅摻雜氧化鋅納米棒2，Au(50nm)/Ti(5nm)涂層3，玻璃基底4。當(dāng)傳感器表面暴露于H₂S氣體中時，H₂S分子被吸附在納米復(fù)合傳感器的表面上，預(yù)吸附的氧與H₂S之間的相互作用釋放出自由電子。這些自由電子中和還原石墨烯氧化物(RGO)中的空穴，減小電荷傳導(dǎo)通道的尺寸，從而導(dǎo)致空間電荷區(qū)域的寬度增加，從而增加傳感器的電阻。以此反應(yīng)H₂S氣體的濃度。所述硫化氫氣體傳感器具有靈敏度高，對氫氣選擇性強(qiáng)，性能穩(wěn)定和響應(yīng)時間短的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及建筑工程領(lǐng)域，具體涉及一種用于室溫下硫化氫氣體檢測傳感器。

背景技術(shù)

硫化氫是一種有毒、無色、芳香的氣體，過量吸入可導(dǎo)致神經(jīng)行為毒性、呼吸衰竭，也可導(dǎo)致死亡。因此，研制高性能、高可靠性、良好的選擇性、既能在低溫下工作又能檢測低濃度氣體的H₂S氣體傳感器具有重意義。

為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，基于金屬氧化物半導(dǎo)體的氣體傳感器已經(jīng)得到了廣泛的研究，仍然需要對H₂S氣體傳感進(jìn)行不斷的改進(jìn)。在實(shí)際應(yīng)用的各種半導(dǎo)體材料中，氧化鋅具有成本低、無毒、獨(dú)特的電化學(xué)性質(zhì)、納米尺寸、多種形貌和簡單集成等優(yōu)點(diǎn)，顯示出其在H₂S氣敏領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。此外，在ZnO納米結(jié)構(gòu)中摻雜金屬雜質(zhì)，可以改變ZnO的電子性質(zhì)和氣體分子的吸附位置，從而獲得更好的氣敏特性。早期的一些研究表明，對于摻銅和摻錫的ZnO薄膜，在250℃和200℃的工作溫度下對20ppm H₂S有顯著的響應(yīng)。然而，基于氧化鋅的氣體傳感器由于其高工作溫度(通常超過200℃)以及化學(xué)特性差而具有較高的功耗。高工作溫度也為實(shí)現(xiàn)更廣泛的實(shí)時應(yīng)用設(shè)置了相當(dāng)大的限制，因?yàn)榧衫щy以及氣體爆炸的風(fēng)險。高溫引起的溫度漂移經(jīng)常使傳感器的電阻波動，從而影響測量精度。這些局限性最近啟發(fā)了研究人員實(shí)現(xiàn)在室溫下工作的高性能H₂S氣體傳感器。

為了解決這些問題，需要對金屬氧化物進(jìn)行改性，如過渡金屬摻雜、表面功能化以及納米復(fù)合材料的合成。RGO、改性石墨烯與原始或摻雜的金屬氧化物一起，最近被認(rèn)為在氣敏傳感器中建立了一種新的感知?dú)怏w方法。例如，一些典型的金屬氧化物，如SnO₂、ZnO、Cu₂O和WO₃已被有效地與RGO結(jié)合來提高氣敏性能。但是，對于還原氧化石墨烯/六角WO₃納米片和SnO₂量子線/還原氧化石墨烯等納米復(fù)合材料檢測H₂S氣體的研究相對有限。所有這些組合都被觀察到通過一些基本現(xiàn)象來提高氣敏性能，例如通過在RGO和金屬氧化物之間形成p-n結(jié)來創(chuàng)建更多的表面缺陷位置和提高肖特基勢壘高度。

盡管人們對RGO/ZnO異質(zhì)結(jié)構(gòu)和Cu摻雜ZnO的H₂S氣體檢測潛力進(jìn)行了大量的研究，但在Cu摻雜的ZnO納米結(jié)構(gòu)上修飾RGO的氣敏特性卻鮮有報道。因此，本發(fā)明公開了RGO修飾的Cu摻雜ZnO納米結(jié)構(gòu)雙層氣敏元件的室溫H₂S傳感特性。銅摻雜的氧化鋅納米結(jié)構(gòu)是用水熱法生長的；而以空氣噴霧技術(shù)的形式沉積RGO的簡單方法使其有別于以往報道的其他化學(xué)方法。系統(tǒng)地研究了未摻雜和摻雜Cu的ZnO納米結(jié)構(gòu)的物理和氣敏性能。由于Cu摻雜劑和RGO的共同作用，該傳感器在室溫下具有顯著的H₂S傳感能力。

發(fā)明內(nèi)容

(一)解決的技術(shù)問題

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種用于室溫下硫化氫氣體檢測傳感器，所述傳感器具有靈敏度高，選擇性強(qiáng)，響應(yīng)時間短和功耗低，既能在低溫下工作又能檢測低濃度氣體的特點(diǎn)，解決了現(xiàn)有硫化氫傳感器靈敏度低，功耗高的問題。

(二)技術(shù)方案