[发明专利]一种可室温工作的印制式NO2气敏元件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及气敏元件技术领域，具体指一种可室温工作的印制式WO₃/PEDOT:PSS NO₂气敏元件及其制备方法。

背景技术

近年来，NO₂气体导致的环境污染的问题日益突出。NO₂是引起酸雨、光化学烟雾以及腐蚀等环境问题的工业污染物之一，同时NO₂是一种强毒性气体，对呼吸道有强烈的刺激作用，严重时造成肺损害甚至肺水肿，因此，对NO₂的监测越来越受到关注。传统的NO₂气敏元件设计是以氧化铝陶瓷片或者氧化铝陶瓷管为基底，需要在加热条件下工作。随着物联网的快速发展，设计柔韧、便携且低功耗的传感器受到广泛关注，这是传统的传感器所无法满足。因此，制备一种常温检测的柔性NO₂气敏元件成为一项非常重要的任务。

三氧化钨(WO₃)因具有成本低廉、制造简单、灵敏度高、稳定性好等特性，而得到了广泛的研究，但其高温的工作条件限制了其使用范围。聚(3，4-乙撑二氧噻吩/苯乙烯磺酸)(PEDOT：PSS)作为气敏材料，能在室温下响应、易加工成膜、与各种基板相容性好，在气体传感器领域具有很大的应用潜力，但其灵敏度低且稳定性不是很好。而WO₃/PEDOT:PSS作为一种复合型敏感油墨，不仅可以有效改善半导体金属氧化物的导电性，更重要的是由于两者的掺杂可以形成大量的 异质结，从而为室温NO₂响应提供了可能。除了气敏材料，器件的微结构和制备工艺也是影响元件气敏特性的一个重要因素。目前，很多研究小组采用滴涂或丝网印刷的方式将气敏材料沉积在衬底上得到气敏元件。这种制备方法很难控制敏感层的形貌和厚度，导致气敏元件的性能受到很大的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺失和不足，提出一种可室温工作的印制式WO₃/PEDOT:PSS NO₂气敏元件及其制备方法。

如所周知，凹版印刷是一种将凹版凹坑中所含的油墨直接压印到承印物上的制备技术。由于其具备产量高和印刷质量好等优点，现已成为制备柔性电子器件的一种有效工艺手段。因此，本发明将WO₃/PEDOT:PSS复合型油墨和凹版印刷技术结合制备出低成本、便携式和可室温工作的柔性NO₂气敏元件。

本发明的原理是通过采用凹版印刷技术，依次将导电叉指电极和WO₃/PEDOT:PSS敏感层印刷在衬底上，最终得到印制式WO₃/PEDOT:PSSNO₂气敏元件。

在制备过程中首先对衬底做表面处理，使衬底与油墨具有良好的匹配性，从而确保获得最佳的印刷效果。在设计器件结构时，在WO₃/PEDOT:PSS敏感层下方印制一层导电叉指电极，可以有效的降低敏感层的电阻，从而提高测试精度并降低检测能耗。此外，凹版印刷技术可以较好地控制敏感层的厚度，并赋予敏感层微条纹结构，有效地提高了气体的吸附和解吸速率，从而缩短气体的响应和恢复时间。

基于凹版印刷技术制备的一种可室温工作的印制式WO₃/PEDOT:PSS NO₂气敏元件的制备步骤：

第一、将柔性衬底洗净吹干，对其做表面处理。

第二、采用凹版印刷技术，在衬底上制备导电叉指电极，并将其放在烘箱内干燥。

第三、采用凹版印刷技术，将WO₃/PEDOT:PSS复合型敏感油墨印刷在带有叉指电极的衬底上，此过程要注意控制衬底的位置，使WO₃/PEDOT:PSS敏感膜完全覆盖在叉指电极表面，将其放在烘箱内干燥，得到印制式WO₃/PEDOT:PSS NO₂气敏元件。