[發明專利]一種碳點基濕度傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202210344769.X
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114813855A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 楊西貴;單崇新;秦金旭
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 鄭州慧廣知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 41160
• 代理人: 付曉利

本發明提出了一種碳點基濕度傳感器及其制備方法，所述碳點基濕度傳感器，包括從下到上依次設置的襯底層、叉指電極和碳點層。所述碳點層由粒徑3?5nm的碳點顆粒組成。本發明的碳點基濕度傳感器在相對濕度為94％的條件下對濕度的響應高達5318％，并且在相對濕度范圍為11％?94％下能保持優異的穩定，而且碳點制備方法簡單，成本低。

技術領域

本發明涉及碳點與濕度傳感器技術領域，特別是指一種碳點基濕度傳感器及其制備方法。

背景技術

從實驗室到工業生產，從制藥工業到日常生活，對環境的濕度測量及其后續控制是各種實驗和各種應用中經常監測的參數。濕度指的是空氣中含有的水蒸氣的量。水蒸氣是最豐富的溫室氣體，是影響人類生活的重要非生物因素。為了準確地描述濕度，人們定義了各種標準，即絕對濕度、相對濕度、特定濕度等。其中，相對濕度一詞通常被用來描述考慮到溫度和壓力的情況下周圍大氣中的水蒸氣含量。

近年來，濕度監測技術的發展日新月異，濕度傳感器的用途非常廣泛，包括室內應用、植物生長、工業過程控制、電子、半導體領域以及醫療過程等。許多對濕度敏感的材料，如聚合物、半導體材料和鈣鈦礦都已經被研究過。然而，大多數由這些材料制備的傳感器靈敏度低、穩定性差，生物相容性低，限制了它們的應用。

發明內容

本發明的目的在于針對上述濕度器的不足，利用碳點設計出一種性能優異的濕度傳感器，該碳點基濕度傳感器在相對濕度為94％的條件下對濕度的響應高達5318％，并且在相對濕度范圍為11％-94％下能保持優異的穩定，而且碳點制備方法簡單，成本低。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種碳點基濕度傳感器，包括從下到上依次設置的襯底層、叉指電極和碳點層。

進一步地，所述碳點層由粒徑3-5nm的碳點顆粒組成。

進一步地，所述叉指電極為金叉指電極。

進一步地，所述襯底層為氧化鋁襯底。

一種碳點基濕度傳感器的制備方法，包括以下步驟：

S1利用熱蒸發技術在氧化鋁襯底上蒸鍍一層金；

S2利用光刻技術在氧化鋁襯底的金層上刻出叉指形狀，制備成叉指電極；

S3將碳點溶液滴涂在叉指電極上，得到碳點基濕度傳感器。

進一步地，步驟S3中，碳點溶液的制備方法如下：以檸檬酸、尿素為前驅體，微波加熱合成深色固體；將深色固體溶于去離子水，過濾后得到碳點溶液。

進一步地，步驟S1中，將清洗后的氧化鋁襯底轉移到真空蒸發臺中，抽真空準備蒸金，蒸鍍時間為4-6min。

進一步地，步驟S2中，光刻技術的具體方法如下：

1)首先將蒸鍍完金的氧化鋁襯底上勻膠，旋涂光刻膠的條件為先15-25s，600r/s，之后是45-55s，5000r/s；

2)前烘：將旋涂好光刻膠的氧化鋁襯底在115℃加熱90s；

3)光刻：使用紫外光刻機和制備好的掩膜版進行曝光處理，曝光時間為60-100s；

4)顯影：曝光后在顯影液中顯影30-60s，出現圖案后用去離子水沖洗，去除殘留的顯影液，最后用氮氣吹干；

5)后烘：顯影完成在115℃加熱90s，完成叉指電極的制備。

本發明的有益效果：

本發明設計的碳點基濕度傳感器制備方法簡單，性能優異，具有高的靈敏度，良好的穩定性和寬的探測范圍。除此之外，碳點具有較大的比表面積和豐富的親水官能團，表面大量的親水官能團對水分子的吸附是其高響應的主要原因，此外，碳點制備方法簡單，可以大規模制備也是該碳點基濕度傳感器的優勢。