[發(fā)明專利]基于氧化鈰顆粒修飾的氧化銅納米線結(jié)構(gòu)的異質(zhì)氣敏納米材料、制備工藝及其應(yīng)用

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• 申請日: 2021-09-06
• 公開（公告）號: CN113945611A
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧紅亮;朱立遠(yuǎn);袁凱平;張衛(wèi)
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;B82Y40/00;B82Y30/00;B82Y15/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 王潔平

本發(fā)明公開了一種基于氧化鈰顆粒修飾的氧化銅納米線結(jié)構(gòu)的異質(zhì)氣敏納米材料、制備工藝及其應(yīng)用。本發(fā)明采用共價鍵合法，將水熱法制備得到的CeO₂納米顆粒修飾于熱氧化法制備得到的CuO納米線上，進(jìn)一步煅燒后得到了異質(zhì)氣敏材料，其合成方法成本相對較低、制備效率高和可規(guī)模化生產(chǎn)；本發(fā)明采用電子束光刻技術(shù)制備了氧化鈰顆粒修飾的氧化銅納米線基新型單根納米線氣體傳感器件，該制備方法重復(fù)性好、成功率高，單根納米線氣體傳感器件能夠?qū)pb級微量硫化氫氣體實(shí)現(xiàn)超快超靈敏探測，同時具有較好的選擇性和一致性，能夠應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測、食品安全檢測和醫(yī)療健康等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體納米材料制備、半導(dǎo)體器件加工和氣體傳感應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種基于氧化鈰顆粒修飾的氧化銅納米線結(jié)構(gòu)的異質(zhì)氣敏納米材料、制備工藝及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，隨著大氣環(huán)境污染問題日益突出，超靈敏、高精度的氣體傳感器在環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)安全、煙霧報警和汽車尾氣排放控制等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮越來越重要的作用。而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，高精度氣體傳感器在食品安全檢測和醫(yī)療健康等領(lǐng)域也有極大的應(yīng)用發(fā)展空間。例如，在食品安全檢測方面，氣體傳感器可以檢測果蔬、肉類等易腐敗食物的新鮮度；而在醫(yī)療健康領(lǐng)域，氣體傳感器能夠通過檢測呼出氣中特定氣體成分的濃度而進(jìn)行相關(guān)疾病的初步篩查，相比于血檢等其它有創(chuàng)檢測手段，呼出氣疾病檢測技術(shù)不但能夠提高檢測篩查速度，而且能夠減輕病人的負(fù)擔(dān)和痛苦。此外，在爆炸物檢測等國防安全領(lǐng)域，超靈敏氣體傳感器也發(fā)揮著不可或缺的重要作用。

在眾多氣敏材料中，金屬氧化物半導(dǎo)體納米材料由于具有成本低、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛的研究關(guān)注。其中，氧化銅（CuO）是一種氣敏性能優(yōu)異的p型多功能半導(dǎo)體材料，被廣泛應(yīng)用于氣體傳感器中。為了提高材料的氣體吸附能力，納米線、納米片和納米顆粒等高比表面積的新型納米結(jié)構(gòu)被深入開發(fā)研究。然而，單一納米材料的氣體傳感性能相對較差，因此需要構(gòu)建異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)以進(jìn)一步提高氣體傳感器件的響應(yīng)性能。

目前，金屬氧化物半導(dǎo)體納米材料基氣體傳感器件多采用陶瓷管式和MEMS式器件結(jié)構(gòu)，存在選擇性和一致性較差等問題。新型單根納米線器件結(jié)構(gòu)能夠深入挖掘納米材料對氣體響應(yīng)的氣敏機(jī)理，同時有助于提高器件的選擇性和一致性。

硫化氫是一種無色易揮發(fā)具有臭雞蛋氣味的腐蝕性氣體，廣泛存在于化工生產(chǎn)、廢棄物處理等過程中，易造成大氣環(huán)境污染。同時，過量硫化氫氣體會對人的眼部、呼吸系統(tǒng)，甚至中樞神經(jīng)系統(tǒng)等產(chǎn)生強(qiáng)刺激性和腐蝕作用，嚴(yán)重?fù)p害人體健康。因此，對ppb級微量硫化氫氣體實(shí)現(xiàn)超快超靈敏實(shí)時探測，在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測、食品安全檢測和醫(yī)療健康等領(lǐng)域具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于氧化鈰顆粒修飾的氧化銅納米線結(jié)構(gòu)的異質(zhì)氣敏納米材料、制備工藝以及基于異質(zhì)氣敏納米材料的單根納米線氣體傳感器件的制備工藝和應(yīng)用。