[發(fā)明專利]基于MXene/In2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111491164.5
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN114113243B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設計）人: 何婷婷;劉志;孫浩宇;李曉干;黃寶玉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 苗青

本發(fā)明屬于電子元器件技術領域，一種基于MXene/In₂O₃氨氣傳感器及其制備方法。采用水熱法法獲得一種納米In₂O₃材料，采用自然沉積法和微波處理的方法得到MXene/In₂O₃異質結材料。本發(fā)明利用層狀MXene/In₂O₃異質結材料制作的氨氣傳感器選用硅基板和基于LTCC技術的無線LC諧振器，實現材料與硅基微電子相集成，制成具有加熱功耗低、熱量損耗小、熱響應時間快、與CMOS工藝兼容、易于與其他微電子器件集成等優(yōu)點；本發(fā)明也制得一種無源功耗低、無線易測量，響應/恢復時間快、易于與其他微電子器件集成等優(yōu)點的無源無線氨氣氣體傳感器。

技術領域

本發(fā)明屬于電子元器件技術領域，具體涉及基于MXene/In₂O₃異質結的氨氣氣體傳感器及制備方法。

背景技術

氨氣被廣泛應用于氮肥和工業(yè)制冷劑等各種生產和生活領域，是普通工業(yè)生產工藝中產生的最有害的環(huán)境污染物之一，與其他空氣污染物發(fā)生反應產生微小的顆粒可以滯留在肺深處，導致哮喘發(fā)作、支氣管炎和心臟病發(fā)作。此外，氨氣也是人體的一種天然代謝物，呼吸中過量氨的存在可能是由肝臟和肺相關疾病引起的，例如終末期腎病(ESRD)患者的平均呼氣中氨含量為4.88ppm(超過0.82～14.7ppm)。因此，為了人類的健康和安全，找到一個高性能的氨氣傳感器檢測人體呼吸中氨的含量對早期疾病診斷具有重要意義。

目前，廣泛應用的氨氣傳感器大多是半導體金屬氧化物氣體傳感器，它們具有價格低、傳感特性好的特點，但其工作溫度通常需要超過200℃，這將增加傳感器的功耗損耗，縮短傳感器的使用壽命，另一方面也限制了其在可穿戴設備中的應用。

二維MXene具有良好的導電性和材料外表面豐富的官能團的特點，成為一種新型氣敏材料，且具有室溫下的氣體傳感特性，其超高的信噪比使其具有低濃度氣體檢測的潛力。然而，純MXene氣體傳感器存在低響應和基線電阻嚴重的缺陷，給實際應用帶來了挑戰(zhàn)。近年來，有研究表明為了克服基于MXene的氣體傳感器的缺點，需對MXene材料進行表面改性，例如通過制備分層結構、納米復合結構、貴金屬裝飾等方法從幾何效應、電子效應和化學效應方面增強MXene材料的氣敏性能。

在已授權的專利申請201910001499.0中，采用水熱法制備出MXene/SnO₂復合材料，相較于未被修飾的MXene材料，MXene/SnO₂復合材料的氣敏性能有一定的提高，但是靈敏度有限，這主要與氣敏材料有較大的關系。氧化銦(In₂O₃)是一種重要的直接帶隙半導體，因其獨特的物理和化學性質在氣敏傳感器領域具有廣泛的研究。In₂O₃具有與SnO₂相近的禁帶寬度(3.55～3.75eV)，并且具有更低的室溫電阻和更小的粒徑，這使其可以有效替代SnO₂與MXene形成異質結構，并通過微波處理使異質結構更穩(wěn)定，達到提高氣敏性能的目的。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于MXene/In₂O₃異質結的制備，對低濃度氨氣氣體的響應值高響應速度快，且能夠在室溫條件下工作的一種新型氨氣傳感器及其制備方法。

本發(fā)明的技術方案：