[发明专利]交流电泳定向组装碳纳米管阵列传感器件的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米传感器的制作方法达到，尤其涉及一种利用交流电泳 定向组装碳纳米管阵列传感器件的制作方法，以对氮氧化物(NOX)污染物、 苯系物、氢气等检测目的，属于纳米技术领域。

背景技术

20世纪90年代，碳纳米管的发现，重新激发了人们对古老的碳材料的研 究兴趣，促进了纳米材料和技术的快速发展。2004年，英国Manchester大学的 A.K.Geim小组用机械剥离方法在制备单原子层厚的石墨样品方向上取得了突 破。单壁碳纳米管(SWNTs)、石墨烯(Graphene)是由单层石墨片构成的准 一维、二维的碳纳米结构材料，拥有优异的力学、电学和热学性能。SWNTs和 Graphene的迁移率可超过10⁴cm²/V·s，热导率(3500-5300W/mK)。因而碳 纳米材料被认为是以自下而上的方法构筑未来纳米电子学电路最有希望的材料 之一，预期在将来的高速纳米电子、光电子器件、功能复合材料的填充组分、 生物化学传感器等方面得到应用。

单壁碳纳米管具有大的比表面积、高载流子迁移率的输运性能，是作为高 灵敏度传感器的重要候选材料。1999年，J.Kong等人第一个报道了单根碳纳米 管作为化学传感器探测NH₃、NO₂，揭示了半导体碳纳米管具有场效应，可敏 感的探测一些特殊的分子，并且利用碳纳米管场效应可以有选择性的探测 NH₃、NO₂等。2003年，美国NASA的J.Li等人用交叉指式的电极上随机滴涂 上碳纳米管薄膜，实现了稳定性非常好的碳纳米管化学传感器件，用Pd纳米 颗粒修饰的网格状碳纳米管实现了对苯、甲苯等有机污染物的灵敏探测，并在 太空中的实验取得了成功，器件能经受住温度和压力的变化和发射时的巨大振 动，具有很好的稳定性。

然而，上述碳纳米管场效应作为传感器还存在一些需要解决的问题。只有 半导体型碳纳米管对探测物敏感并具有场效应。对于随机分布的网格状碳纳米 管薄膜，由于含有金属管的成分，如果薄膜过厚，通常在室温下不具有场效 应，失去了对探测物的场效应选择性。为提高灵敏度和增加选择性，完全由半 导体碳纳米管组成的器件是实现室温场效应传感器的最理想选择。定向组装纳 米管体系含有的大量碳纳米管，可以得到均一和稳定的纳米组装体系电子器 件。而且，由于碳纳米管的数量大接触电阻已经不占主导，起作用的是体系的 体电阻。定向组装体系还具有单个碳纳米管器件所不具有的独特性质，定向组 装体系由于增加通道宽度能够大大增加碳纳米管场效应性能，组装体系增加表 面积改善对外界环境的敏感程度，定向组装体系被认为是一种可大尺度组装甚 至集成为系统的可行方法。另外，作为半导体器件，必须去除金属管，而保留 半导体管，形成定向排列的半导体型单壁碳纳米管阵列，实现和提高碳纳米管 场效应器件的整体性能，如增加跨导、增益等。

交流电泳(ac DEP)俘获碳纳米管提供了一种简单快速的碳纳米管器件制 作方法，避免了制作碳纳米管器件需要复杂的微加工过程，不需要精确定位过 程，为大量制作碳纳米管器件提供了有效方式。一些研究报道了这些方面的进 展。然而，交流电泳俘获碳纳米管制作的器件，由于碳纳米管搭接到金属电极 上，电极和碳纳米管的接触电阻大，而且接触电阻通常具有很大的不确定性。 因此，导致器件性能下降和器件均匀性差。另外，交流电泳俘获碳纳米管，前 提要求碳纳米管要在液体中分散的好。因此，很多工作中都采用了表面活性剂 来分散碳纳米管，而表面活性剂难以去除，碳纳米管之间以及碳纳米管和电极 之间残留的表面活性剂降低了器件导电本领。

苯系物(BTEX)包括苯、甲苯、乙苯、(邻、间、对)二甲苯、异丙 苯、苯乙烯8种化合物，是一类具有挥发性的有机化合物(VOCs)。苯系物 已经证实对人体具有毒性和致癌作用，可以通过呼吸、消化系统和皮肤进入人 体，危害人体免疫系统、造血系统、中枢神经系统和基因遗传，是导致白血病 和“致癌”“致畸”“致突变”的重要空气污染物。氮氧化物(NOX)污染 物，主要指一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)，氮氧化物可刺激肺部，致肺 部构造改变，影响呼吸系统功能。另外，氮氧化物与空气中的水结合最终会转 化成硝酸，是酸雨的原因之一。城市大气中的氮氧化物大多来自于燃料燃烧， 如汽车、工业炉等。

发明内容